文章编号：1006-1355(2014)06-0144-04高速列车引起的车站大跨度钢结构的振动分析刘元志(武汉理工大学设计研究院有限公司，武汉430070)摘要：大跨度钢结构能为高铁车站带来较大的站内空间，但在长期高速列车振动荷载作用下，较柔的大跨度焊接钢结构的振动疲劳问题却不容忽视。则针对某客运专线“桥建合一”火车站，建立其整体有限元模型，计算分析了大跨度钢结构主拱V撑、网壳、下弦节点、柱角铸钢点以及主拱的动力响应，得到了不同部位最大Mises等效应力。计算分析表明：高速列车振动荷载对大跨度钢结构强度的影响可忽略不计，但长期疲劳问题不容忽视。关键词：振动与波；高速列车；等效应力；大跨度钢结构中图分类号：U238文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1006-1335.2014.06.032AnalysisofHigh-speedTrainInducedVibrationofLarge-spanSteelStructureofRailwayStationsLIUYuan-zhi(Design&ResearchInstituteCo.Ltd.,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)Abstract:Large-spansteelstructurecanprovidelargeinternalspaceforrailwaystation.Butthelong-termvibrationinducedfatigueproblemcannotbeneglectedforweldedflexiblelarge-spansteelstructure.Inthispaper,thefiniteelementmodelforapassenger-linerailwaystationoflarge-spansteelstructureisestablished.Thedynamicresponsesofthecomponentsofthestructure,suchasV-support,latticeshell,thejointoflowerchords,caststeeljointatthecornerofcolumnandmainarch,areanalyzed.Themaximumequivalentstressofeachcomponentisobtained.Thecomputationresultsshowthatthevibrationloadinducedbyhighspeedtrainhaslittleinfluenceonthestrengthoflarge-spansteelstructure.Butthelong-termfatigueproblemmustbeconsidered.Keywords:vibrationandwave;high-speedtrain;equivalentstress;large-spansteelstructure随着我国高铁建设的快速发展，“桥建合一”的新型结构形式由于其能提供较大的站内空间，以及具有强烈的视觉冲击效应，因而得到了广泛的应用。如武汉火车站、郑州火车站、南昌火车站等。但随之而来的问题是高速列车引起的振动荷载直接传递给了上部的大跨度钢结构，而钢结构大多是采用焊接的方式连接在一起。因此，焊接钢结构在长期振动荷载下的疲劳特性及其疲劳寿命值得关注。目前关于大跨度钢结构、网壳结构等空间结构在风荷载以及地震荷载作用下动力响应的研究颇多，也有少量关于该类结构在简单竖向动荷载（如周期荷载）下动力响应方面的研究，而在高速列车作用下动力响应的研究较少[1—3]。本文则针对某客运专线火车站结构，采用大型通用软件ANSYS建立其整体有限元模型，计算分析大跨度钢结构各部位在高速列车振动荷载作用下的动力响应，为后续的振动疲劳分析提供基础。工程概况1某客运专线火车站的站房采用了上部大型建筑与下部桥梁共同组成的“站桥合一”的新型结构型式（图1），图2为细节示意图。上部大跨度钢结构的重量通过V撑支承于主拱上，而主拱则通过桥墩顶部的预埋构件直接支撑在高架桥的桥墩上，同时，列车引起的振动通过主拱和V撑也直接传递给上部大跨度钢结构。在长期的列车振动荷载作用下，上部大跨度钢结构，特别是关键的焊接节点处的疲劳问题值得关注。收稿日期：2014-03-24作者简介：刘元志（1963-），男，湖北大冶人，高级工程师，研究方向为工程结构的监测与检测。E-mail:liucivil@126.com.第6期高速列车引起的车站大跨度钢结构的振动分析1452ξiξiβ=ω=πfii对于大跨度钢结构而言，仅考虑对结构影响最大的1阶振型，其阻尼比ξ一般可取为0.035，由模态分析可知结构的1阶自振频率为0.94Hz，则可求得β=0.0119。图1顺轨方向剖面图计算方法对于“桥建合一”的新型结构型式，本文借用子结构模型的分析方法，即将整体结构划分为列车荷载—简支梁模型和桥墩-上部大宽度钢结构模型，由前者计算得到简支梁支座处的反力，再将该反力作为后者的输入荷载。限于篇幅，本文主要针对第二个子模型，对于第一个子模型计算得到支座反力可参考文献[4]。这里仅给出得到的支座反力时程曲线，即本文...