高速铁路桥梁联调联试进展

杨宜谦，尹京，姚京川，刘鹏辉，王巍，孟鑫，董振升，王一干

（中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081）

高速铁路桥梁联调联试进展

杨宜谦，尹京，姚京川，刘鹏辉，王巍，孟鑫，董振升，王一干

（中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081）

介绍我国高速铁路桥梁联调联试特点和进展，包括试验目的、试验内容、试验设备和技术、评价规范等，基于对高速铁路桥梁动力性能测试数据的不断积累，重点分析和总结高速铁路桥梁联调联试中主要参数和变化规律，形成一整套高速铁路桥梁动力性能评价标准，为我国高速铁路40 m大跨度简支箱梁的优化研究提供理论支撑。

高速铁路；联调联试；桥梁；动力性能；评价标准；大跨度；简支箱梁

1 高速铁路桥梁特点

建国初期，由于列车运行速度较低，桥梁设计主要以满足承载力为主，上部结构型式一般为中小跨度的钢筋混凝土梁、预应力混凝土双片T梁或板梁。随着经济建设的发展，特别是20世纪80年代以后，桥梁的结构型式、跨度、设计理论、施工工艺和机具水平等都得到了大力发展。2003年建成的秦沈客运专线，采用了双线整孔箱梁、多片式T梁、连续结合梁、刚构连续梁等一批新结构。随着铁路跨越式发展，高速铁路建设取得重大进展。在吸取国外高速铁路桥梁设计经验、国内科研攻关和工程实践基础上，逐步建立了我国高速铁路桥梁技术体系，为我国高速铁路桥梁设计和建设奠定基础。由于高速铁路具有运行速度高、设计标准高、施工要求严等特点，高速铁路桥梁结构具有以下特点：（1）具有足够的竖向刚度、横向刚度和抗扭刚度，对桥梁变形更为严格；（2）具有良好动力性能，确保高速列车安全性和乘坐舒适性的要求；（3）结构耐久性应满足使用寿命100年的要求；（4）结构型式选择尽量避免或减少温度调节器的设置，以保持桥上线路高平顺性；（5）墩台具有足够的纵向刚度，以满足轨道纵向力的要求；（6）墩台及沉降控制要求严格；（7）桥面布置考虑检查、维修及通信、信号、电力电缆设置的需要；（8）规格和外形标准化。

从2008年合宁、京津开通运营算起，我国高速铁路已经快速发展近十年，截至2016年底，营运里程超过2.2万km，位居世界第一。我国高速铁路桥梁大量线路采用以桥代路的形式，高架桥梁占线路比例很高。截至2015年，累计桥梁长度约占高速铁路线路长度的48.9%，其中，250 km/h高速铁路桥梁长度占线路长度比例为36.8%（见图1），300~350 km/h高速铁路桥梁长度占线路长度比例为60.2%[1-3]（见图2）。

我国高速铁路桥梁多采用等跨布置，主要梁型为跨度31.5 m预应力混凝土双线简支箱梁。以京沪高速铁路为例，31.5 m预应力混凝土双线简支箱梁占全部桥梁总长度的88.4%[4]，各种梁型按长度统计的比例见图3。除常用跨度桥梁外，高速铁路桥梁联调联试中还包含特殊大跨度桥梁：如南京大胜关长江大桥、武汉天兴洲公铁两用长江大桥、北盘江特大桥等。

除上述特点外，我国高速铁路桥梁设计种类较多，按设计等级可分为250 km/h和300~350 km/h两类。250 km/h高速铁路桥梁按荷载类型又分为2种，一种是兼顾货运的高速铁路，设计活载采用ZK活载和中-活载，主要为有砟轨道，简支梁通用图主要有“通桥（2005）2221系列”“通桥（2006）2221系列”“通桥（2008）2221A系列”等，连续梁通用图主要有“通桥（2005）2261系列”“通桥（2008）2261系列”等；另一种是客运专线铁路，设计活载采用ZK活载，有砟和无砟轨道均有采用，通用图主要有“通桥（2008）2224A系列”“通桥（2009）2229系列”等；300~350 km/h高速铁路桥梁设计活载采用ZK活载，主要为无砟轨道，简支梁通用图主要有“通桥（2008）2322A系列”“通桥（2013）2322A系列”等，连续梁通用图主要有“通桥（2005）2368系列”“通桥（2008）2368A系列”等。高速铁路桥梁设计概况见表1。

图1 部分250 km/h高速铁路桥梁长度占线路长度比例

图2 部分350 km/h高速铁路桥梁长度占线路长度比例

图3 京沪高速铁路梁型比例（按长度统计）

表1 高速铁路桥梁设计概况

2 高速铁路桥梁联调联试特点

高速铁路联调联试就是采用高速检测列车等测试设备，在铁路开通运营前对沿线轨道、桥梁、路基、接触网、通信、信号等各项设备逐步进行测试，并依据测试结果对发现的缺陷进行调整，直至各个系统以及整体系统满足符合高速运行及动态验收要求的过程。可见，高速铁路桥梁联调联试是高速铁路联调联试的重要组成部分。

我国高速铁路桥梁的联调联试是从普速铁路和重载铁路桥梁结构动载试验发展而来，属于桥梁结构试验的一种。桥梁结构试验是对桥梁结构物进行直接测试的一项科学试验。其任务有2个方面：一是对旧桥和遭受损伤的桥梁，通过实桥的荷载试验，了解其实际工作状态，确定其实际承载能力和安全运营条件；二是对新建成的新型或复杂的桥梁结构，通过各种荷载的系统试验，实测其受力状态及动力特征，以验证结构设计理论的正确性以及制造和施工质量是否符合要求，对结构物作出科学的技术结论，为通车验收提供依据，并为发展桥梁结构理论积累科学资料。我国高速铁路桥梁的联调联试和动态检测属于第二类，但在发展过程中，与普速铁路和重载铁路的桥梁结构动载试验相比，存在3个特点：

（1）试验对象系统关系不同。在普速铁路和重载铁路桥梁结构试验中，被测试桥梁往往作为试验主体，其他相关专业作为配合部门，只需保证列车按试验要求速度和轴重通过桥梁，通常不用过多考虑和评价；而高速铁路桥梁联调联试是一个更大的系统试验，高速列车、轨道、桥梁相互作用耦合成为一个整体，无法分割，除考虑桥梁子系统自身响应外，还需要系统地考虑桥梁对高速列车、轨道等子系统的影响。

（2）评价标准考虑角度不同。普速铁路和重载铁路对于桥梁动力性能的评价，注重结构承载能力，通过对桥梁刚度变形、振幅、加速度、冲击作用等指标进行限制来保证桥梁结构安全，低速车辆平稳性和舒适性通常不会成为控制因素；而高速铁路桥梁联调联试中，桥梁结构自身承载能力已经不是整个系统安全的控制指标，严格控制桥梁结构变形、保证上部结构安全和高速列车行车平稳性和舒适性成为了更高的要求。正因为如此，加之普速铁路和重载铁路列车轴重偏大，其部分评价标准过于“宽松”，已无法准确反映高速铁路桥梁的安全要求。

（3）试验条件和方法不同。普速铁路和重载铁路可以在天窗时间上道作业安装测试设备，在非天窗时间采用安全防护的方式也可进出线路调试设备，试验方式较为自由灵活；而高速铁路行车期间严禁上道作业，试验人员无法随意靠近测试设备，一些传统的试验设备和技术被彻底改变。

以上3点不同，使得高速铁路桥梁联调联试要求更高、难度更大，需要更加专业的试验人员，更加规范系统的标准化管理。

3 高速铁路桥梁联调联试目的

高速铁路桥梁联调联试通过测试桥梁自振特性和动车组通过典型桥梁时的动力响应，检验桥梁结构在动载作用下的工作状态，验证桥梁竖向和横向刚度，分析、评价动车组通过时桥梁的动力性能，为动态验收提供依据。

4 高速铁路桥梁联调联试测试内容

高速铁路桥梁联调联试测试内容主要分为4大部分：桥梁自振特性、梁体竖向刚度、动车组列车作用下的桥梁动力响应、综合检测列车通过桥梁时响应。其中前3项为桥梁测试指标，直接反映桥梁动力性能，第4项为车辆测试指标，间接反映桥梁的“路况”是否良好。

4.1 桥梁自振特性

桥梁自振特性检定技术参数包括梁体竖向自振频率及阻尼比、梁体横向自振频率及阻尼比、桥墩横向自振频率，用来评定梁体竖向、梁体横向、桥墩横向刚度和状态。

4.2 梁体竖向刚度

梁体竖向刚度检定技术参数包括梁体竖向挠跨比、梁端竖向转角。

4.3 动车组列车作用下的桥梁动力响应

桥梁动力响应检定技术参数包括：（1）梁体动力系数，评定梁体是否满足运营动力系数和竖向动力增量的要求；（2）梁体跨中竖向和横向振幅、墩顶横向振幅，分析激励特征和梁体是否产生共振现象，评定梁体横向、竖向刚度以及桥墩横向刚度；（3）梁体跨中竖向振动加速度，评定桥上有砟轨道结构稳定性；（4）无砟轨道桥梁相邻梁端或桥台与梁端两侧钢轨支点横向相对动位移，评定梁端相对变位是否过大，保证梁端钢轨和扣件受力安全；（5）支座横向、纵向和竖向位移，评定支座变位是否过大。

4.4 综合检测列车通过桥梁时响应

综合检测列车测试参数主要为通过桥梁区段时的稳定性，作为行车安全控制指标，综合反映车-线-桥耦合系统中下部结构（轨道、桥梁）在列车荷载作用下的平顺性。

5 高速铁路桥梁联调联试测试设备

我国高速铁路桥梁联调联试现场试验条件可以总结为以下4点：（1）试验周期较长，短则一周，长则数月；（2）野外试验环境恶劣，高温高寒高湿；（3）白天行车期间严禁上道作业，试验人员无法近距离操控，设备处于“盲测”状态，夜间天窗点方可上道检查仪器设备；（4）多桥梁、多断面同时采集测试。

以上试验条件与传统桥梁结构试验存在很大不同，对整个测试系统和设备提出了非常高的稳定性和准确性要求。因此，模块化、自动化、无线网络化、实时化是高速铁路桥梁动态测试发展的新趋势。

我国高速铁路桥梁联调联试动态测试系统包括6个部分（见图4）：传感系统、数据采集系统、远程控制系统、无线传输系统、供电系统、数据后处理系统。其中测试系统的核心是数据采集与数据后处理系统，用于获取各种传感器和其他待测设备信号，然后对采集到的数字化信息进行处理得到信号代表的物理意义，最后进行数据分析与科学研究[5]。

图4 高速铁路桥梁联调联试测试系统组成

5.1 传感系统

传感系统主要包括各种传感器，能感受到被测量的信息，并按一定规律变换成为模拟电信号输出，模数转换设备将模拟信号转换成计算机可识别的数字信号。目前，我国高速铁路桥梁动态测试前端传感器系统包括振动传感器、差动变压式位移计、压电加速度传感器、胶基应变片、永磁传感器等。这些传感器均采用统一的低压直流供电模式以降低能耗。高速铁路测试中，线路的电磁环境等对传感器输出信号的干扰较大，传感器与采集设备的连接导线要做好屏蔽处理，以去除大部分的电磁干扰。

5.2 采集系统

高速铁路桥梁联调联试的采集系统具有前端存储与组网传输数据的功能，通过在仪器内部插入存储卡，设定正确程序，采集仪可根据预设程序自动判断、自动采集、自动存储，可脱离对电脑和测试人员的依赖，测试人员只需控制仪器电源，利用无线传输功能下载测试数据即可，提高了工作效率，有些采集仪还具有数据处理功能，可进行实时的、简单的数据处理，并对处理结果进行判断，发出预报预警信息。此外，数据采集还具有GPS同步功能，以满足车-线-桥以及不同测点之间的数据同步。

5.3 供电系统

野外试验最大的限制条件之一就是仪器设备的长期供电。早期的铁路桥梁动态测试中，多采用发电机、接民用电等供电方式，但这些传统供电方式弊端较多，耗费人力物力。目前，高速铁路桥梁联调联试的传感系统和采集系统采用的统一供电模式，较传统的测试设备降低了能耗，而且还在不断优化改进，以继续降低能耗。在此基础上，选用优质的锂电池作为电源，定期对锂电池更换充电来实现对设备的供电，无需人工值守，可大幅度地减少现场人员工作量。今后，便携式的太阳能、风能等新型供电方式将是未来的发展方向。

5.4 远程控制系统

为全面实现无人值守智能化采集，远程控制系统是一个必不可少的组成部分。我国高速铁路桥梁联调联试测试系统中，选用控制器来解决远程控制的问题。该控制器在手机信号覆盖的区域均可使用，通过给控制器打电话和发短信的方法实现测试仪器的供电、断电。一台控制器可多人远程遥控，可随时随地控制仪器电源，查询仪器工作状态，配合采集系统的自动采集功能，从而实现实时监测、无人值守的智能化测试。

5.5 无线传输系统

高速铁路桥梁多为墩身较高的高架结构，有些特殊结构桥梁甚至跨越山谷、沟壑、江河、湖泊等，测试人员进出现场较为困难，需要实现测试数据的远程实时在线传输，克服有线传输的局限性以随时随地掌握现场动态测试数据情况。

随着通信技术的快速发展，3G网络已基本覆盖全国大部分区域。3G网络传输能满足大数据量传输、全天候工作等特点，对于大数据量及长时间数据传送要求的测试情况，采用3G网络进行远程数据传输是一种可行的方式。通过对前端采集设备与3G传输设备接口，数据传输协议以及终端服务器软件进行研究开发，将采集仪内测试数据通过3G网络传输至远程数据服务器，测试人员通过互联网访问该服务器进行数据的读取和处理工作，从而达到现场无人值守智能化采集传输目的，提高测试工作效率。实践表明，3G网络远程传输是可靠高效的。

对于3G信号未覆盖的区域，可采用无线路由传输（见图5），采用电脑的无线传输功能，通过无线路由器连接采集仪本地存储卡，进行数据传输。无线路由技术成熟，安装简单快捷，兼容性良好，购买方便，价格便宜，但传输距离有一定限制。

图5 3G无线传输系统

5.6 数据后处理系统

数据后处理系统的核心是数据处理分析软件。高速铁路桥梁联调联试参数众多，数据处理的工作量非常大，如果采用人工逐项逐通道处理的方法费时费力。因此，数据处理要具有批量智能化与自动化处理功能。自动化数据处理要结合专业数据处理的算法进行编程，在进行数据自动读取后，通过桥梁专业算法分析，得出该参数目标值。试验人员对自动处理数据处理结果进行分析，如发现异常，结合以往经验和专业理论，对异常数据再进行人工分析，得出合理结果。通过这种自动分析采集到的数据，可节省大量的人力并实质性地缩短处理时间，也可减少数据处理过程中因人为错误导致的数据异常。

6 高速铁路桥梁联调联试评价标准

我国铁路桥梁检定规范的发展，主要经历了以下阶段：

（1）1978年原铁道部颁布了第一版《铁路桥梁检定规范》，该规范对铁路桥梁运营性能的评价标准主要是根据大量的现场实测资料统计分析得出，但当时的运营速度较低，车辆和桥梁的动力问题不突出。2004年原铁道部颁布了第二版《铁路桥梁检定规范》，适用速度范围：旅客列车提高到160 km/h、货物列车提高到80 km/h，对于旅客列车最高速度在200 km/h时，可参照执行。该规范主要针对普速铁路桥梁检定，轴重偏大，但我国高速铁路投入运营的动车组列车速度均在200 km/h以上，且轴重较轻，因此该检定规范并不完全适用。

（2）2008年1月，原铁道部为统一客运专线铁路工程竣工验收动态检测程序、内容、技术标准和方法，依据《铁路客运专线项目竣工验收暂行办法》（铁建设［2007］183号），颁布了《客运专线铁路工程竣工验收动态检测指导意见》（铁建设［2008］7号），该指导意见给出了客运专线铁路桥梁动态测试中相关检测项目和指标，但对于近期兼顾货运的客运专线货车作用下的相应检测项目和指标没有列出，其检测项目及方法可参照执行，具体质量要求应符合设计要求或相关技术标准的规定[6]。

（3）2008年7月，原铁道部针对客货共线铁路工程的技术特点和要求，依据《铁路建设项目竣工验收交接办法》（铁建设［2008］23号），颁布了《客货共线铁路工程竣工验收动态检测指导意见》（铁建设［2008］133号），但该指导意见适用于200 km/h及以下新建客货共线标准轨距铁路的工程竣工验收动态检测。

（4）2010年原铁道部颁布了《高速铁路工程动态验收指导意见》（铁建设［2010］214号），原《客运专线铁路工程竣工验收动态检测指导意见》同时废止，该指导意见适用于新建高速铁路工程动态验收，200 km/h及以上城际（市域）铁路可参照执行。

（5）2013年原铁道部结合近年高速铁路建设实际、依据相关规定和标准，吸取我国高速铁路动态验收和国外相关经验，颁布了TB 10761—2013《高速铁路工程动态验收技术规范》，原《高速铁路工程动态验收指导意见》同时废止，该规范适用于新建高速铁路工程动态验收，其他专门用于旅客运输的新建铁路工程动态验收按照执行。该规范规定了桥梁专项检测的参数和相应指标，检测点选取原则和数量要求，数据处理要求等[7]。

以上评价标准主要适用于新建高速铁路工程动态验收，部分参数限值依据设计规范给出，与运营状态下的实测结果有较大富余，此外受多因素影响的振幅等参数没有给出限值。为更加有效和有针对性地开展高速铁路桥梁开通运营后的检定工作，中国铁道科学研究院铁道建筑研究所在系统地整理和归纳2008—2013年8月底的高速铁路桥梁联调联试测试数据的基础上，编制了TG/GW 209—2014《高速铁路桥梁运营性能检定规定（试行）》。试用于高速铁路跨度100 m及以下的常用跨度预应力混凝土双线箱梁桥运营性能的检测和评定。该规定明 确了评价目的，对检定内容和程序等提出了原则性要求，对250 km/h和350 km/h速度等级高速铁路桥梁，分别给出了运营性能检定通常值，规定了测试要求和方法，以及数据处理和分析应遵循的原则和方法，提出了评定和检定报告编制的要求[8]，系统而全面，完全适用于我国高速铁路联调联试中桥梁动力性能测试的评价。

7 高速铁路桥梁联调联试主要技术指标

7.1 梁体刚度

高速铁路桥梁应具有足够的刚度，以保证动车组列车以规定的速度通过时，桥梁结构不出现剧烈振动、满足列车平稳运行以及旅客乘坐舒适性、轨道状态的要求，因此桥梁刚度是整个评价体系的核心。

对于高速铁路预应力混凝土简支箱梁，大量理论和试验数据表明，横向、扭转限值均不控制桥梁结构的设计，竖向刚度指标主要为梁体挠跨比限值和梁端转角限值。梁体竖向挠跨比是直接反映结构刚度的指标，也是最为重要的运营性能评价参数。通过控制桥梁竖向挠跨比，以保持桥上轨道的高平顺状态，保证旅客的乘坐舒适性。采用无砟轨道的桥梁，由于梁端竖向转角使得梁缝两侧的钢轨支点分别产生钢轨的上拔和下压现象，当上拔力大于钢轨扣件的扣压力时将导致钢轨与下垫板脱开，当垫板所受下压力过大时可能导致垫板产生破坏，梁端转角示意见图6。国内外规范均以静活载作用下的挠跨比和梁端转角作为梁体竖向刚度控制指标。2个指标之间可进行理论换算，以32 m简支梁为例，跨度/挠度与梁端转角的关系式为y=3 175/x，即转角限值为1.0‰和1.5‰时，对应的梁体挠跨比为L/3 175和L/2 117，而《高速铁路设计规范》中250 km/h、350 km/h双线梁体挠度设计上限值分别为L/1 400、L/1 600。可见，对于无砟轨道双线简支梁，梁端转角限值更加严格，是竖向刚度设计的控制指标。

图6 无砟轨道桥梁梁端转角示意图

实测高速铁路部分32 m简支箱梁竖向挠跨比和梁端转角见表2、表3，可以看出，实测结果与规范限值间存在较大安全余量。

表2 实测32 m简支箱梁竖向挠跨比

表3 实测32 m简支箱梁梁端竖向转角 ‰

7.2 梁体自振频率

梁体自振频率是反映桥梁刚度和动力特性的基本参数。研究表明，梁体自振频率过低将导致高速列车通过时产生过大振动或共振。

7.2.1 竖向自振频率

我国高速铁路桥梁设计中，根据大量车-桥耦合分析结果制定了简支梁的竖向自振频率下限值，设计选用的梁体竖向自振频率除满足最低频率限值外，尚应按照实际运营列车进行车-线-桥耦合动力分析。在综合分析桥梁动力响应与列车类型、行车速度、桥梁刚度关系的基础上，规范提出了动车组不同设计速度条件下跨度40 m以下的简支梁不需进行车-线-桥动力检算的频率限值。

实测高速铁路不同梁型32 m简支箱梁竖向自振频率分布范围见图7、图8，可以看出，实测结果与设计值和规范限值间存在较大安全余量。

图7 250 km/h高速铁路32 m简支箱梁竖向自振频率

图8 350 km/h高速铁路32 m简支箱梁竖向自振频率

7.2.2 横向自振频率

实测高速铁路32 m简支箱梁梁体横向自振频率超过20 Hz，梁体横向刚度较大，梁体横向自振频率不是设计控制因素。

7.3 桥梁动力响应

7.3.1 竖向动力响应

高速铁路桥梁竖向动力响应主要影响因素包括：（1）移动荷载列效应。列车以一定速度通过桥梁时由移动轴重加载所形成的竖向作用力，与车辆的编组、轴重以及行车速度有关。（2）轮轨缺陷。列车以一定速度通过桥梁时，线路、车轮缺陷及轨道不平顺对系统产生激励作用，形成系统的强迫振动。其中轨道不平顺的作用是随机的，而车轮缺陷的作用是周期性的。（3）车-桥动力相互作用。包括桥梁及桥上轨道的变形和振动对运行列车产生的动力影响，车桥系统共振与列车速度、桥梁及车辆的竖向自振频率。（4）车体竖向振动等。

高速铁路桥梁联调联试中竖向动力响应的参数主要包括竖向振幅、竖向振动加速度、动力系数和竖向动力增量。桥梁竖向动力响应与动车组列车（轴重、车速、车长等）、线路条件（轨道平顺性、轨道结构刚度等）、梁体结构参数（自振频率、约束形式等）诸多因素有关。桥梁竖向动力响应应重点关注桥梁是否发生共振，当列车强振频率接近或等于桥梁自振频率时，桥梁动力响应会出现急剧增大现象，发生共振现象，对梁体结构、轨道结构、行车安全产生不利影响。

通过列车与桥梁竖向相互作用的研究表明，列车对桥梁的竖向强振频率 f强振主要取决于动车组列车速度v和车辆长度d，由车辆长度引起的竖向强振频率为f强振=v/（3.6d），而轴距、定距、两车相邻转向架的中心距由于重复作用不连续，相对处于次要地位。对于车辆长度为25 m左右的CRH系列动车组列车，其理论强振频率 f强振=0.011v。实测动车组列车对桥梁的竖向强振频率与速度关系见图9，结果表明理论与实测的竖向强振频率吻合很好。

图9 实测梁体竖向强振频率与列车速度关系

对于简支箱梁，当强振频率等于桥梁竖向自振频率 f 的1/i,（i=1，2，3，…）时，即vres，i=3.6 f ·d/i,（i=1，2，3，…）时，会使结构发生共振或超谐共振。定义vres，1为桥梁的1阶共振速度，定义vres，2、vres，3分别为2、3阶超谐共振速度；当动车组列车速度满足vcon，i= 3.6 f ·L/（i-0.5）,（i=1，2，3，…）时，车辆的周期性加载作用会相互抵消，vcon，i为i阶消振速度[9]。结合我国高速铁路桥梁联调联试简支箱梁竖向自振频率实测结果，超谐共振、消振计算速度见表4。以40 m简支箱梁为例，当列车以2阶共振速度259.7 km/h通过时，引起的梁体动力响应较大，当列车以更高的3阶消振速度324.9 km/h通过时，梁体动力响应反而较小[10]。实测梁体典型共振和消振动力响应比较见图10。

表4 高速铁路部分简支箱梁超谐共振、消振计算速度

进一步理论研究表明：（1）当梁跨与车长比Lb/Lv=k+0.5（k=1，2，3，…）时，梁体不会发生共振，车桥动力响应最小；（2）当梁跨与车长比Lb/Lv=（k+0.5）/2（k=1，2，3，…）时，梁体不会发生2阶超谐共振；（3）由于Lb＞Lv时，梁体挠度是由长列荷载引起的，荷载产生的突变效应减弱，当Lb/Lv=2.0及以上时，共振波峰的动力响应倍率会变小。根据上述研究成果，在CRH系列高速列车长度确定的条件下（25 m），对于常用跨度简支梁，当梁体跨度为37.5 m时不会发生共振。因此目前综合考虑高速列车运营性能、运架能力、经济性等因素，将新的大跨度简支箱梁梁体标准跨度确定为40 m。高速铁路桥梁联调联试为高速铁路桥梁动力响应控制和梁体优化设计提供依据和理论验证。

我国高速铁路桥梁大量采用连续等跨布置的32 m简支箱梁。高速列车通过等跨布置的多孔桥梁时，会受到桥跨的周期性激励，车桥可能会发生共振现象。为了防止共振，国际铁路联盟UIC76规范，对于准高速和高速铁路的设计建议：多跨桥相接时，应具有不同的自振频率。这可以理解为具有不同的跨度或截面刚度，但如果按此要求，则桥梁的设计和施工带来很大的麻烦。实际上，世界各国的高速铁路桥梁，大量采用了多孔等跨布置的混凝土简支梁，而对不等跨的配合关注较少。

京沪高速铁路综合试验中对等跨布置的多孔桥梁进行了动力响应研究。实测等跨布置的6孔32 m简支箱梁跨中竖向振幅时域波形（见图11）和连续3孔振幅幅值谱（见图12）可以看出，同一趟动车组通过第1、2、3、21、22、23孔32 m简支箱梁时的竖向振幅最大值、最小值与平均值的差值在3%~15%，且竖向振幅没有出现逐渐增大的现象；同一趟动车组通过第1、2、3孔32 m简支箱梁时的竖向振幅幅值谱一致性良好，说明在目前32 m简支梁刚度条件下，连续等跨布置引起的周期不平顺效应不明显。

图10 40 m简支箱梁2阶超谐共振和消振

图11 等跨布置32 m简支箱梁跨中竖向振幅时域波形

图12 第1、2、3孔32 m简支箱梁跨中竖向振幅幅值谱

当列车以一定速度通过桥梁时，桥梁产生振动使结构的动挠度、动应力与相同工况静荷载作用时相比更大，这种由于桥梁振动引起的挠度和应力增大，通常以动力系数来衡量。动力系数是结构或构件最大的动力响应与最大静力响应之比，其数值大小是车-线-桥3者的动力特性和动力相互作用状态的综合反映。将实测动力系数乘以相应的荷载换算系数，即得到设计荷载作用下的竖向动力增量，更为直观地反映动力效应的大小。

7.3.2 横向动力响应

引起车桥系统横向振动的主要因素有：（1）车桥动力相互作用，即桥梁（包括上部结构和墩台）及桥上轨道结构振动与运行列车间的相互动力影响；（2）车辆蛇行运动，由于车轮踏面的锥度以及轮缘与钢轨内侧的间隙，导致车辆运行时产生蛇行运动，成为列车乃至车桥系统横向振动主要的激励源；（3）轨道横向不平顺，由于轨向、水平和轨距不平顺（包括几何不平顺及弹性不平顺）使车辆对结构产生附加的动力作用，也是车桥系统横向振动的激励源；（4）列车上桥前的横向振动，即列车在上桥前车体、转向架和轮对质量的振动惯性力；（5）离心力横向动力作用，曲线上列车离心力通过轮对形成的横向力移动荷载列引起的系统横向和扭转振动；（6）风的作用，平均风荷载可引起桥梁整体横向和竖向变形，导致轨道弯曲半径过小；脉动横风引起的桥梁抖振；风荷载直接作用于运动着的车体本身，带有横向平均风压的移动车辆对桥梁产生动力作用。

列车作用下的桥梁整体横向动力响应，为桥墩和箱梁横向振动的总和。32 m简支箱梁自身横向刚度较大，但与桥墩组成梁墩耦合体系后，墩梁一体的横向自振频率往往较小，当桥墩较高时，墩的刚度会影响整个桥梁体系的横向振动特性。当动车组列车通过时的横向强振频率与墩梁一体横向自振频率接近时，梁体跨中和墩顶横向振幅会出现峰值。但由于动车组激励能量有限，正线轮轴横向力实测值一般小于20 kN，动车组列车车辆蛇行运动无法形成明显横向共振，各梁型梁体及桥墩横向动力响应数值均较小。

7.3.3 动位移

对于无砟轨道，由于支座横向构造间隙，列车通过时，相邻梁端两侧钢轨支点会产生横向相对位移，对轨道不平顺产生影响，造成钢轨、扣件等局部受力过大，因此设计规范对无砟轨道桥梁相邻梁端两侧的钢轨支点横向相对位移进行了限制，要求不大于1 mm，《高速铁路桥梁运营性能检定规定（试行）》根据大量实测结果，提出通常值不大于0.5 mm。

桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要部件，桥梁支座的作用是保证梁的工作状态符合设计要求，将作用在梁上的力传递到墩台上，保证梁部结构的工作位置不变，并使梁部结构受力明确。桥梁支座质量和性能直接影响桥梁的使用性能和耐久性能，高速铁路行车速度高、舒适度要求高，对桥梁刚度、变形、变位等都提出了严格要求。《高速铁路桥梁运营性能检定规定（试行）》根据大量实测结果，提出通常值不大于0.2 mm。

8 高速铁路桥梁联调联试“走出去”战略

近年来，我国高速铁路“走出去”步伐日益加快、竞争力不断提升，已成为“一带一路”战略的重要内容和耀眼的“国家名片”，更是加快实施该战略的重要工具。在中国铁路总公司的领导下，中国铁道科学研究院在高速铁路联调联试的标准体系、管理体系、试验设备方法等多个方面进行了国际化研究与改进，开展了多项综合试验。如2015年底，为解决印尼雅万高铁在速度目标值300 km/h条件下系列参数的确定问题，在赣龙铁路进行了“高速铁路线间距等速度适应性试验”，通过桥梁动力性能试验，首次系统掌握了时速200 km客货共线铁路简支T梁桥在更高速度动车组列车作用下的动力响应规律，分析了时速200 km客货共线铁路简支T梁桥对更高速度动车组列车的适用性，为高速铁路“走出去”提供了科学验证和技术支撑。

9 结束语

重点介绍我国高速铁路桥梁联调联试特点和进展，包括试验目的、试验内容、试验设备和技术、评价规范等，通过对近十年高速铁路桥梁动力性能联调联试数据的不断积累，重点分析了高速铁路联调联试中主要参数及规律，总结验证了高速列车作用下桥梁动力响应和变化规律，形成一整套高速铁路桥梁动力性能评价标准，为我国高速铁路40 m大跨度简支箱梁的优化研究提供了理论支撑。

[1] 中国铁道科学研究院. 高速铁路桥梁检定技术研究[R]. 北京，2012.

[2] 中国铁道科学研究院. 高速铁路桥梁运营性能检定技术深化研究[R]. 北京，2013.

[3] 中国铁道科学研究院. 高速铁路线下工程病害（缺陷）机理与快速检测识别技术研究[R]. 北京，2015.

[4] 中国铁道科学研究院. 京沪高速铁路综合试验研究分报告之七：高速路桥动力特性试验研究[R]. 北京，2011.

[5] 王巍，姚京川，刘鹏辉，等. 我国高速铁路桥梁动态测试技术的新进展[J]. 中国铁路，2013(2)：48-51．

[6] 铁建设［2008］133号 客货共线铁路工程竣工验收动态检测指导意见[S].

[7] TB 10761—2013 高速铁路工程动态验收技术规范[S].

[8] 铁总运［2014］232 高速铁路桥梁运营性能检定规定（试行）[S].

[9] 刘鹏辉，姚京川，尹京，等. 时速200～250 km高速铁路桥梁动力性能试验研究[J]. 土木工程学报，2013，46(3)：96-102.

[10] 杨宜谦，姚京川，孟鑫，等. 时速300～350 km高速铁路桥梁动力性能试验研究[J]. 中国铁道科学，2013，34(3)：14-19.

责任编辑 李葳

On Progress of Study of Integrated Commissioning & Test on HSR Bridges

YANG Yiqian，YIN Jing，YAO Jingchuan，LIU Penghui，WANG Wei，MENG Xin，DONG Zhensheng，WANG Yigan
（Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

This paper introduces the characteristics and progress of integrated commissioning and test of highspeed railway bridges, including the purpose, content, equipment and technologies of the test and evaluation standards. Based on consistent accumulation of test data of high-speed railway bridge dynamic performance, the paper focuses on analyzing and summarizing the main parameters and changing rules in integrated commissioning and test of high-speed railway bridges, and ushers in a complete set of evaluation criteria for the dynamic performance of high-speed railway bridges, which will provide theoretical support for the optimization study of 40-m long-span simple-supported box girders of high-speed railways in China.

high-speed railway；integrated commissioning and test；bridge；dynamic performance；evaluation criterion；long-span；simply-supported box girder

U446

A

1001-683X（2017）02-0011-10

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.02.011

2017-01-13

杨宜谦（1970—），男，研究员，博士。E-mail：yqyang@yeah.net