列車在橋梁上運(yùn)行時(shí)，在軌道不平順的激勵(lì)下，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，橋梁振動(dòng)又會(huì)影響列車的振動(dòng)，兩者相互耦合形成一個(gè)時(shí)變系統(tǒng)。當(dāng)車橋耦合振動(dòng)過大時(shí)，既會(huì)影響列車運(yùn)行安全性和平穩(wěn)性，又會(huì)引起橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞失效，且當(dāng)橋梁振動(dòng)與自振頻率接近時(shí)，容易引發(fā)共振，嚴(yán)重威脅橋梁結(jié)構(gòu)的安全。隨著我國(guó)高速鐵路的發(fā)展，各種形式復(fù)雜、大跨徑的橋梁應(yīng)運(yùn)而生，車橋耦合振動(dòng)問題愈加突出。

在進(jìn)行車橋耦合振動(dòng)分析時(shí)，很少考慮橋面初始變形對(duì)列車－橋梁系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響。由于大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在列車、溫度、風(fēng)等荷載作用下主梁變

形顯著，當(dāng)橋面存在初始變形時(shí)容易引起橋梁產(chǎn)生與高速列車相近的自振頻率，進(jìn)而引起共振，威脅橋梁結(jié)構(gòu)以及行車安全。因此，有必要開展考慮橋面初始變形的大跨斜拉橋車橋耦合振動(dòng)分析。本文以黃河特大橋?yàn)楣こ瘫尘�，基于車橋耦合振�?dòng)理論建立了列車－橋梁時(shí)變系統(tǒng)空間振動(dòng)分析模型，對(duì)大跨斜拉橋自振特性進(jìn)行分析，并考慮長(zhǎng)、短波不平順與溫度荷載不同組合工況下橋面初始變形的影響，對(duì)不同時(shí)速列車通過時(shí)列車和橋梁的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1、工程概況

黃河特大橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土部分斜拉橋體系，跨度布置為（108＋4×216＋108）m，采用塔墩固結(jié)，半漂浮體系。梁底設(shè)置支座，中墩固定支座在地震作用下剪斷，地震時(shí)形成漂浮體系。

主橋位于直線上，設(shè)計(jì)速度350 km／h，擬鋪設(shè)CRTS Ⅲ型板式無砟軌道。主梁采用單箱雙室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，跨中梁高7． 0 m，支點(diǎn)梁高10． 5 m，采用斜腹板，斜率為1：15，橋面寬13． 8 m，底板寬度10． 00 ～10． 46 m。頂板厚度0． 5 m，腹板厚度0． 85 ～ 0． 45 m，底板厚度0． 6 ～ 1． 0 m。主塔采用斜橋塔，塔高38 m，斜率為1：15，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。塔頂縱向尺寸

4． 0 m，塔底6． 0 ～ 7． 0 m；塔頂橫向尺寸2． 5 m，塔底3． 0 m。每個(gè)索塔設(shè)8對(duì)斜拉索，塔上索距1． 2 m，梁上索距約8． 0 m。主墩采用實(shí)體橋墩，墩高15． 5 ～ 33． 5 m，橫向斜率與橋塔一致，取1：15。

2、列車－橋梁空間振動(dòng)分析模型

（1）機(jī)車、車輛空間振動(dòng)分析模型

由于列車組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難完全考慮各個(gè)部件的振動(dòng)情況，因此在進(jìn)行車橋耦合振動(dòng)分析時(shí)，基于多體動(dòng)力學(xué)理論，將機(jī)車、車輛簡(jiǎn)化為由車體、轉(zhuǎn)向架

和輪對(duì)多個(gè)剛體以及一、二系懸掛系統(tǒng)組成的多剛體質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)。車體通過二系懸掛支承在前后轉(zhuǎn)向架上，構(gòu)架通過一系懸掛支承在輪對(duì)上，輪對(duì)受

下部軌道的支承、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)。

（2）橋梁空間振動(dòng)分析模型

采用MIDAS／Civil橋梁有限元分析軟件建立大跨斜拉橋空間振動(dòng)分析模型。黃河特大橋主梁、主塔以及主墩采用空間梁?jiǎn)卧�進(jìn)行模擬，材料均為C55混凝土。其中主塔采用變截面形式，橋墩采用等截面形式，主塔與橋墩固結(jié)，采用共節(jié)點(diǎn)的方式處理，橋墩與主梁的連接通過設(shè)置剛臂來實(shí)現(xiàn)。斜拉索采用僅受拉的桁架單元進(jìn)行模擬，斜拉索在梁上、橋塔上的索錨點(diǎn)分別與對(duì)應(yīng)的梁節(jié)點(diǎn)、橋塔節(jié)點(diǎn)采用剛性連接。樁基礎(chǔ)采用Winkler地基梁模擬，樁土相互作用采用m

法通過土彈簧模擬。土彈簧的剛度依據(jù)土層性質(zhì)、厚度等參數(shù)參考TB 10093—2017《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D計(jì)算。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)文件，橋梁二期恒載取137 kN／m，以分布質(zhì)量的形式施加在主梁上。