CN106991255A - 一种通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及斜拉桥技术领域，特别涉及一种通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，该方法通过建立铁路大跨度斜拉桥模型和桥梁模型，采用动力分析方法，分析斜拉桥的桥面系刚度在不同的车辆行驶速度下对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律，并以车‑桥系统评价指标体系为指标进行评判，得到在不同刚度数值下对桥梁整体刚度的影响情况，进而得到桥面系刚度的合理取值范围，为桥面系刚度的取值和设计提供依据，通过桥面系刚度较好地控制铁路大跨度斜拉桥的整体刚度，使铁路大跨度斜拉桥在刚度控制技术上实现突破，解决了该项技术难题，使铁路大跨度斜拉桥得到推广，节省了大量工程投资成本。

Description

一种通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法

技术领域

本发明涉及斜拉桥技术领域，特别涉及一种通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法。

背景技术

高速列车通过桥梁时，车辆和桥梁都会发生振动，过大的振动会影响行车安全性及乘坐舒适性，桥梁振动与桥梁刚度具有直接联系，因此，必须要求桥梁具有一定的竖向刚度和横向刚度，才能保证列车行车安全与旅客乘车舒适性的要求。

对于大跨度纯铁路斜拉桥，可参考的工程实践很少，全球仅有铁路斜拉桥6座，均为普速铁路斜拉桥，其中，国内仅有跨度为96m的红水河桥，国外最大跨度的铁路斜拉桥为南斯拉夫萨瓦河桥，其跨度为254m。通常将300m以上跨度的铁路斜拉桥称之为铁路大跨度斜拉桥，所以，铁路大跨度斜拉桥在国际国内均没有建设经验，在工程实践重一直处于空白。相对于公铁两用和多线铁路斜拉桥，双线铁路大跨度斜拉桥具有跨度大、桥面窄、体量轻、活载比重大等特点，虽然具有工程投资上的成本优势，但是由此引起的桥梁动力效应也比较明显，长期以来，桥梁工程界一直认为铁路大跨度斜拉桥属于柔性结构，难以满足高标准铁路的刚度要求，对刚度难以进行有效的控制，因此，修建大跨度铁路斜拉桥成为行业内的禁忌，刚度控制问题十分突出，成为制约行车安全的关键。桥面系作为承受列车荷载并将其传递至主要承重构件的桥面构造系统，对桥梁的整体刚度具有重要的作用，通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥的刚度，可以使桥梁整体刚度达到行车的安全性和舒适性。桥面系包括纵梁、横梁、钢桥面板，纵梁尺寸、横梁尺寸和钢桥面板厚度都对桥面系刚度具有直接紧密的联系，桥面系刚度对铁路大跨度斜拉桥的整体刚度具有重要的影响，通过桥面系控制桥梁刚度具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术中所存在的铁路大跨度斜拉桥刚度难以控制，从而导致无法修建铁路大跨度斜拉桥的问题，提供一种通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，该方法通过改变桥面系刚度，并分析斜拉桥的桥面系刚度在不同数值时对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律，并通过评判指标确定桥面系刚度的设计原则和范围，从而通过桥面系较好地控制铁路大跨度斜拉桥的整体刚度，使铁路大跨度斜拉桥在刚度控制技术上实现突破，解决了该项技术难题，使铁路大跨度斜拉桥得到推广，节省了大量工程投资成本。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，包括以下步骤：

a、建立动力分析模型，包括铁路大跨度斜拉桥模型和车辆模型；

b、采用动力分析方法，分析斜拉桥的桥面系刚度在不同数值时对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律；

c、调整车辆的行驶速度，分析斜拉桥在不同速度时各桥面系刚度对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律。

d、以车-桥系统评价指标体系为指标进行评判，确定桥面系刚度的设计原则和范围。

车-桥系统是一个耦合体系，桥梁的过大振动不仅使结构疲劳强度降低、线路形状发生改变，而且还会影响桥上车辆的行车安全性和平稳性。车-桥系统中，车辆和桥梁是两个相对独立的子系统，两者振动特性差异较大。因此，除对车辆的振动特性进行评定外，亦需相应的指标来评判桥梁的振动水平。桥梁结构在列车荷载的作用下将产生竖向和横向的位移，从而引起支座端部产生转角，使相邻范围内的线路形成不平顺曲线，动车及车辆通过该部位时，必然受到激振，影响列车行车的安全性与舒适性。因此，必须要求桥梁具有一定的刚度，才能保证列车行车安全与旅客乘车舒适性的要求。

铁路大跨度斜拉桥作为超静定柔性结构，整体受力复杂，桥梁结构每一个参数的变化都有可能引起桥梁受力及位移显著变化，在轨道不平顺及外在激励(如风荷载、地震荷载等)作用下，高速车辆通过桥梁时，车辆和桥梁都会发生振动，过大的振动会影响行车安全性及乘坐舒适度。因此，需对车辆和桥梁的振动程度加以限制，铁路大跨度斜拉桥的桥面系刚度对斜拉桥整体刚度具有重要的影响，通过桥面系刚度等指标来评判车辆和桥梁的振动性能，从而使桥梁的刚度得以控制，保证车辆在桥梁上安全行驶。

本方案通过建立铁路大跨度斜拉桥模型，对铁路大跨度斜拉桥的桥面系刚度对桥梁整体刚度的影响规律进行分析，并以车-桥系统评价指标体系为指标进行评判，得出在设计铁路大跨度斜拉桥时桥面系相关参数的选取和设计原则，为大跨度铁路斜拉桥的建设提供参考依据，使铁路大跨度斜拉桥的整体刚度得以有效控制，保证桥梁安全和列车的行驶安全，实现铁路斜拉桥最大跨度的飞跃。

优选的，所述步骤b具体包括以下步骤：

b1、根据斜拉桥的跨度得出桥面系刚度初始值；

b2、桥面系包括纵梁、横梁和钢桥面板，通过改变纵梁尺寸、横梁尺寸和钢桥面板厚度来改变桥面系刚度，进而得到不同的桥面系刚度；

b3、分析在不同桥面系刚度条件下对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律。

根据斜拉桥的跨度得出桥面系刚度初始值，并以该刚度初始值为基准值，通过改变桥面系中纵梁尺寸、横梁尺寸和钢桥面板厚度来得到多个桥面系刚度值，分析多个桥面系刚度值分别对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应的影响规律，从而得到桥面系对桥梁整体刚度的影响情况，确定桥面系的设计原则和刚度限值范围。

优选的，在步骤b2中，改变桥面系刚度时，将桥面系刚度从原设计的50％增至150％，每增加25％为一个工况，共计5个工况。

优选的，在步骤c中，调整车辆的行驶速度时，将车辆行驶速度从150km/h增至350km/h，每增加50km/h为一个工况，共计5个工况。将车辆行驶速度设置为该区间范围内，可以覆盖车辆在正常行驶时的全部速度，进而通过该方法得到的刚度参数能满足车辆正常行驶工况。

优选的，车辆模型包括多节动车和与动车连接的多节拖车，所述车-桥系统评价指标体系包括车辆动力评价标准、轨道动力评价标准和桥梁主梁刚度评价标准。

优选的，车辆响应方面包括运行安全性指标和运行平稳性指标，桥梁响应方面包括竖向刚度指标、横向刚度指标和扭转刚度指标。

优选的，所述运行安全性指标包括轮重减载率和列车加速度。轮重减载率是用来评价列车脱轨安全度的重要指标，列车加速度也直接关系着车辆的运行安全性，在考虑车辆运行安全性时，轮重减载率和列车加速度是两个重要的安全指标。所述运行平稳性指标包括列车加速度和斯佩林舒适度指标。斯佩林指标是用来判断乘坐舒适性或运行平稳性的重要指标，斯佩林舒适度指标会对车辆运行时的总体舒适性产生重要影响，因此，必须对斯佩林舒适度指标进行控制，同时，列车加速度也对乘客乘坐的平稳舒适性有影响。

所述斯佩林舒适度指标包括横向斯佩林指标和竖向斯佩林指标。横向斯佩林指标和竖向斯佩林指标都会对车辆运行时的总体舒适性产生重要影响，因此，必须对横向斯佩林指标和竖向斯佩林指标进行控制。

所述列车加速度包括列车横向加速度和列车纵向加速度，列车横向加速度和列车纵向加速度都直接关系车辆运行的安全性，同时，对旅客乘坐的瞬时舒适性也有较大影响，通过计算斜拉桥的桥面系刚度在变化时对应的斜拉桥整体刚度，列车横向加速度和列车纵向加速度均满足预定值要求，从而通过控制斜拉桥的桥面系刚度来控制斜拉桥整体刚度。

优选的，所述竖向刚度指标包括竖向挠跨比、竖向振动基频、梁端竖向折角和桥面竖向加速度。由于综合考虑了桥梁刚度和载荷，因此桥梁的竖向挠跨比作为评价竖向刚度的重要尺度是桥梁设计界普遍认可的，桥梁的竖向挠跨比关系着桥梁及列车的安全性能；竖向振动基频对桥梁的竖向变形及刚度有着密切的关系，同时，在对桥梁动力分析中按《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》GB5599-85规定的斯佩林评价指标对乘坐舒适度进行评判时，同样会使用到竖向振动频率；同样，列车以较高速度通过桥梁时，当载荷的激励频率等于或接近于桥梁自振频率的情况下，车-桥系统就可能发生谐振，对于桥上有碴轨道，过大的桥面板振动加速度将使道碴之间失去啮合作用，导致道碴蹦移和破碎粉化、轨枕悬空、线路状态不良，影响行车安全，而对于桥上无碴轨道，车—桥谐振引起的桥梁跨中往复振动将在无碴轨道上产生附加负弯矩，严重情况下有可能超过设计弯矩，影响结构的强度和使用寿命，因此，应对桥面竖向加速度加以限制。

优选的，所述横向刚度指标包括横向挠跨比、横向振动基频、梁端横向折角和桥面横向加速度。当列车通过桥梁时，车-桥系统不仅产生垂向振动，同时还产生横向振动，为保证行车安全和旅客的舒适性，需要对桥梁的横向挠跨比进行控制；横向振动基频往往用于检验梁的横向刚度，在铁路大跨度斜拉桥的横向变形和刚度控制中，必须对桥梁横向振动基频进行严格控制，从而保证桥梁具有较高的安全性，使列车安全通行，防止脱轨；当桥面横向加速度达到一定数值后，列车很容易脱轨，因此，必须控制桥面的横向加速度，保证列车行驶安全。

优选的，所述扭转刚度指标包括扭转振动基频和跨中扭转角。

在以车-桥系统评价指标体系为指标对桥面系刚度进行评判时，具体内容如下：

桥面系刚度主要由桥面系纵梁尺寸、横梁尺寸和钢桥面板厚度决定，根据斜拉桥的跨度得出桥面系刚度初始值，该初始值对应着桥面系纵梁尺寸、衡量尺寸和钢桥面板厚度的某一特定值，然后通过改变桥面系纵梁尺寸、横梁尺寸和钢桥面板厚度来改变桥面系刚度，分析在不同桥面系刚度条件下对应的桥梁整体刚度，并以车-桥系统评价指标体系为指标评价其是否满足要求。

1、车辆动力响应方面：

a、计算斯佩林舒适度指标，以桥面系刚度初始值为基准，上下择取初始值两端的数值为范围，计算该范围内的斯佩林舒适度指标；

b、计算列车加速度数值，以桥面系刚度的初始值为基准，上下择取初始值两端的数值为范围，计算该范围内不同车速下对应的横向加速度最大值和竖向加速度最大值，并列出各项最大值随桥面系刚度的变化关系图；

c、计算轮重减载率数值，以桥面系刚度的初始值为基准，上下择取初始值两端的数值为范围，计算该范围内不同车速下对应的轮重减载率最大值，并列出轮重减载率最大值随桥面系刚度的变化关系图。

2、桥梁动力响应方面：

a、计算振动基频的数值，以桥面系刚度的初始值为基准，上下择取初始值两端的数值为范围，计算该范围内的横向基频数值、竖向基频数值和扭转基频数值，并将三者数值与对应的桥面系刚度数值绘入直角坐标，得到基频随桥面系刚度的变化关系图；

b、计算挠跨比，以桥面系刚度的初始值为基准，上下择取初始值两端的数值为范围，测得该范围内不同车速下对应的跨中横向位移最大值和跨中竖向位移最大值，并列出各项最大值随桥面系刚度的变化关系图，根据位移最大值和桥梁跨度，计算桥梁挠跨比；

c、计算扭转角数值，以桥面系刚度的初始值为基准，上下择取初始值两端的数值为范围，计算该范围内不同车速下对应的跨中扭转角最大值，并列出最大值随桥面系刚度的变化关系图；

d、计算折角数值，以桥面系刚度的初始值为基准，上下择取初始值两端的数值为范围，计算该范围内不同车速下对应的梁端横向折角最大值和梁端竖向折角最大值，并列出各项最大值随桥面系刚度的变化关系图；

e、计算桥面加速度数值，以桥面系刚度的初始值为基准，上下择取初始值两端的数值为范围，计算该范围内不同车速下对应的跨中横向加速度最大值和跨中竖向加速度最大值，并列出各项最大值随桥面系刚度的变化关系图。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、对铁路大跨度斜拉桥的桥面系刚度对桥梁整体刚度的影响规律进行分析，并以车-桥系统评价指标体系为指标进行评判，得出在设计铁路大跨度斜拉桥时桥面系相关参数的选取和设计原则，为大跨度铁路斜拉桥的建设提供参考依据，使铁路大跨度斜拉桥的整体刚度得以有效控制，保证桥梁安全和列车的行驶安全，实现铁路斜拉桥最大跨度的飞跃；

2、计算该斜拉桥在满足斜拉桥刚度参数要求的情况下的最优桥面系刚度值，从而避免出现一直增加桥面系刚度而导致浪费材料、增加工程投资的问题，使铁路大跨度斜拉桥在满足列车行走时的安全性和乘客的舒适性的情况下，最大限度节约建筑材料消耗，降低工程投资成本；

3、通过分析桥面系刚度在不同数值时对对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应的影响规律，能快速、准确得出的铁路大跨度斜拉桥的桥面系刚度是否满足使用性能要求；

4、通过本方法建成的国内某座铁路大跨度长江大桥，已顺利通车，列车在桥上运行安全、平稳，旅客乘坐舒适，使用性能良好，同时，该方法已成功推广应用于国内其他铁路大跨度斜拉桥的建设中，解决了技术难题，使铁路大跨度斜拉桥得到较好的发展，节省了巨额的工程投资成本。

附图说明：

图1为动车横向加速度随桥面系相对刚度变化关系图。

图2为拖车横向加速度随桥面系相对刚度变化关系图。

图3为动车竖向加速度随桥面系相对刚度变化关系图。

图4为拖车竖向加速度随桥面系相对刚度变化关系图。

图5为动车轮重减载率随桥面系相对刚度变化关系图。

图6为拖车轮重减载率随桥面系相对刚度变化关系图。

图7为桥梁基频随桥面系相对刚度变化关系图。

图8为跨中横向位移随桥面系相对刚度变化关系图。

图9为跨中竖向位移随桥面系相对刚度变化关系图。

图10为跨中扭转角随桥面系相对刚度变化关系图。

图11为梁端横向折角随桥面系相对刚度变化关系图。

图12为梁端竖向折角随桥面系相对刚度变化关系图。

图13为跨中横向加速度随桥面系相对刚度变化关系图。

图14为跨中竖向加速度随桥面系相对刚度变化关系图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

本实施例应用于控制跨度为432m的铁路大跨度斜拉桥的刚度。

通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，建立动力分析模型，包括铁路大跨度斜拉桥模型和车辆模型，采用车—桥耦合振动模型，以轮轨接触面为界将车—桥系统分解为独立的车辆及桥梁子系统，采用桥梁结构科研分析软件BANSYS进行分析，在分析时，从车辆响应和桥梁响应进行分析，车辆模型为CRH2列车，列车编组为2×(列车+拖车+列车+列车+列车+列车+拖车+列车)，共16节，动车和拖车交叉布置。

桥梁模型选用主桥跨度为(81+135+432+135+81)＝864m的铁路大跨度斜拉桥，主梁采用平弦等高度连续钢桁梁，主塔为变截面花瓶形混凝土桥塔，塔高分别为180m和185m，塔柱采用箱型截面，边跨均设有辅助墩，下层桥面均为正交异性钢桥面板，拉索采用平行高强度钢丝索，主梁采用双片桁式结构。主桁桁高14m，主桁桁式采用外形简洁的N形桁，桁宽18m，节间距采用13.5m，上、下弦杆采用箱形截面。

拉索采用扇形双索面布置形式，全桥设置112根斜拉索，沿主梁顺桥向索距为13.5m，塔上索距为2.5～4.0m，分PES7-211、PES7-223、PES7-253、PES7-283、PES7-301等5种型号。

建模时，桥塔各构件均采用空间梁单元，对于变截面的塔柱，采用单元中央截面的几何特性，索塔采用C50混凝土，其弹性模量取值为3.55×104MPa，泊松比采用0.2，材料密度为2600kg/m³；主梁桁架各杆件采用空间梁单元，其材料为钢材，弹性模量取2.10×105MPa，泊松比采用0.3，材料密度为7850×(1+25％)＝9812.5kg/m³，桥面系和横梁的材料密度为7850×(1+8％)＝8478kg/m³；斜拉索采用杆单元进行模拟，弹性模量取2.05×105MPa，泊松比采用0.3，材料密度为8650kg/m³。

采用动力分析方法，分析斜拉桥的桥面系刚度在不同数值时对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律。具体应用有限元分析方法进行分析，分析软件采用国际通用的有限元分析软件ANSYS以及自主研究开发的桥梁科研分析软件BANSYS(Bridge Analysis System)，分组独立地对前述所建模型的动力特性进行了计算分析。

采用上述分析方法，分析斜拉桥的桥面系刚度在不同数值时对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律。

调整车辆的行驶速度，分析斜拉桥在不同速度时各桥面系刚度对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律。在选取不同的斜拉桥桥面系刚度和车辆的行驶速度的过程中，不分先后顺序，也可以同时进行，每个桥面系刚度值在多中车辆行驶速度下都进行分析，然后绘制表格或图形，得到对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律。

车辆响应方面包括运行安全性指标和运行平稳性指标，桥梁响应方面包括竖向刚度指标、横向刚度指标和扭转刚度指标。

运行安全性指标包括轮重减载率和列车加速度，轮重减载率是用来评价列车脱轨安全度的重要指标，列车加速度也直接关系着车辆的运行安全性，在考虑车辆运行安全性时，轮重减载率和列车加速度是两个重要的安全指标，运行平稳性指标包括列车加速度和斯佩林舒适度指标。斯佩林指标是用来判断乘坐舒适性或运行平稳性的重要指标，斯佩林舒适度指标会对车辆运行时的总体舒适性产生重要影响，因此，必须对斯佩林舒适度指标进行控制，同时，列车加速度也影响着乘客乘坐的平稳舒适性。

车-桥系统评价指标体系包括车辆动力评价标准、轨道动力评价标准和桥梁主梁刚度评价标准，具体评价指标如表1。

车辆动力响应方面的指标包括脱轨系数、轮重减载率的最大值、轮轴横向力、车辆加速度的最大值等，桥梁动力响应指标包括桥梁主跨跨中位移的最大值、扭转角的最大值、梁端折角的最大值和主跨跨中桥梁加速度的最大值等方面的指标。

表1车-桥系统评价指标体系

而且随着列车运行速度的提高，轮轨之间的相互作用随之增加，过大的轮轨作用力(垂向、横向)会使钢轨、扣件、轨枕(轨道板)等部件产生损伤、破坏，而且可能会导致轨道不平顺的急剧增大，影响线路养护维修工作，严重时还将危及行车安全。因此，也需要对轮轨间动力作用加以限制，通过改变车辆行驶速度得出桥梁结构参数变化时得到的桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应方面的变化情况，从而得到斜拉桥结构参数对斜拉桥刚度的影响情况。

铁路大跨度斜拉桥的刚度包括竖向刚度、横向刚度和扭曲刚度，桥梁竖向刚度对应桥梁竖向变形，桥梁横向刚度对应横向变形，扭曲刚度对应扭转变形。

竖向刚度包括竖向挠跨比的限值、高跨比的限值和竖向振动基频，横向刚度包括横向挠跨比的限值、宽跨比的限值和横向振动基频。

桥梁竖向变形及竖向刚度，桥梁竖向刚度过小可能导致以下的问题：①桥面坡度过大导致桥上线路坡度超限；②列车过桥时振动过大而使司机、乘客感到不舒适甚至造成列车脱轨；③因桥梁与桥台间或桥梁与桥梁间形成过大的折角而危及行车安全；④因桥梁刚度过小而引起过大次应力；⑤因动应力过大而引起过大冲击及疲劳。必须对桥梁竖向刚度做比较严格的要求。

桥梁竖向挠跨比不仅与桥梁本身的刚度有关，而且也和桥梁上的荷载密切相关。由于综合考虑了桥梁刚度及荷载，因此竖向挠跨比作为评价竖向刚度的尺度之一为各类规范广泛采用。各类规范对竖向挠跨比的规定在桥梁设计中发挥了重要作用，并得到了长期的实践检验。但是，对于大跨度桥梁，特别是大跨度铁路斜拉桥则不尽合理。这是因为这些规定大都是建立在对于中小跨度桥梁的动力分析与试验基础上，故对大跨度桥梁竖向挠跨比不该用规范中对一般桥梁的规定来约束，而是应该有适当的放宽。

桥梁高跨比，竖向刚度与主梁高跨比有一定的关系，但主梁高跨比与梁高都相同的斜拉桥由于拉索的稀密、强弱及倾斜角度有所不同，其竖向刚度也不同。亦即主梁高跨比只能影响斜拉桥竖向刚度的一部分而不是全部，但作为桥梁竖向刚度的重要影响因素，在铁路大跨度斜拉桥建造中予以充分考虑。

除了桥梁的挠度以外，相邻墩台间的相对位移将导致桥上线路产生折角，影响桥梁竖向变形和竖向刚度的折角为梁端竖向折角，关于梁端折角的规定多数仅适用于高速铁路，对于中低速铁路，我国规范对梁端折角无相应的规定。对梁端折角进行限制的目的是保证列车走行的安全性和轨道结构的稳定性，由于城市轨道交通桥梁设计运行速度较低，梁端折角的控制标准较中速或高速铁路标准应有所放松，综合考虑列车走行的安全性和轨道结构的稳定性，将双侧竖向梁端折角限值取为9‰，单侧(桥台与主梁之间)限值近似取为4.5‰。

列车以较高速度通过中小跨度桥梁时，当荷载的激励频率等于或接近于桥梁自振频率的情况下，车-桥系统就可能产生谐振。对于桥上有碴轨道，过大的桥面板振动加速度将使道碴之间失去啮合作用，导致道碴蹦移和破碎粉化、轨枕悬空、线路状态不良，影响行车安全。对于桥上无碴轨道，车-桥谐振引起的桥梁跨中往复振动将在无碴轨道上产生附加负弯矩，严重情况下有可能超过设计弯矩，影响结构的强度和使用寿命。因此，应对桥梁的振动加速度加以限制，因此必须对桥面竖向加速度进行限制，取桥梁桥面板的垂向加速度极限值为：

有碴轨道桥梁：a^v _max＝0.35g；

明桥面桥梁：a^v _max＝0.50g；

将桥面竖向加速度限值取为3.5m/s²作为优选。

桥梁横向变形及横向刚度，有些桥梁在列车高速通过时，横向晃动较大，引起司机、旅客和桥上行人的不舒适和不安全感，影响桥梁的正常使用，因此，必须控制桥梁横向刚度，虽然桥梁横向刚度所蕴含的机理比较复杂，但最主要的就是要保证横向运行稳定性和控制动态响应。评价桥梁横向刚度的指标有横向挠跨比、宽跨比、横向自振频率、横向振幅及梁端折角等。

对于桥梁横向挠跨比(或最大振幅)的限值，当列车通过桥梁时，车-桥系统不仅产生垂向振动，同时还产生横向振动。与竖向挠跨比相同，对于大跨度桥梁，特别是属于柔性结构的斜拉桥或悬索桥，横向挠跨比的最大限值不该用对一般桥梁的规定来进行约束，而是也应有适当的放宽，即容许最大横向挠跨比应有所增大。采取一般桥梁的规定来进行约束，势必造成材料的巨大浪费。桥梁横向振幅是列车运行荷载作用下，桥梁结构的几何特性、物理特性以及动力特性的在桥梁横向刚度上的综合反映。为保证行车安全和旅客的舒适性，有必要对桥梁横向振幅加以限制。

主梁宽跨比作为横向刚度的参考之一，主梁宽跨比为单一的几何指标，难以反映一些因素如桥梁的高低、结构型式的不同、截面型式的差异以及节点支座的约束方程。因此可以说斜拉桥的主梁宽跨比也不能全部代表桥梁的横向刚度。

梁端横向折角，由于城市轨道交通桥梁设计运行速度较低，梁端折角的控制标准较中速或高速铁路标准应有所放松，考虑列车走行的安全性和轨道结构的稳定性，双侧水平梁端折角限值取为6‰，单侧(桥台与主梁之间)限值近似取为3‰。

桥面横向加速度，当桥梁的横向振动加速度达到0.1g～0.2g时，列车容易脱轨，因此不应超过此范围，当列车通过时，桥跨结构在荷载平面的横向振动加速度应满足：ahmax≤0.14g。将桥面竖向加速度限值取用1.4m/s2作为优选。

桥梁扭曲刚度，大跨度桥梁在偏载作用下主梁可能发生较明显的扭转变形，过大的扭转变形会对桥上行车带来不利影响。大跨度桥梁典型的扭转变形从塔梁结合处到跨中逐渐增大。对于某一段主梁而言，其扭转总变形包括梁段整体扭转变形和局部扭曲变形。扭转变形采用3m长梁段的局部扭曲和扭转总变形两个评价指标，该范围为：当v≤120km/h时，取t≤4.5mm/3m；当120＜v≤200km/h时，取t≤3.0mm/3m；当v>200km/h时，取t≤1.5mm/3m。速度v>200km/h时，需要进行附加检算，考虑动力系数的实际运营荷载计算的扭曲变形t≤1.5mm/3m。由于对于大跨度桥梁而言，梁段局部扭曲一般不会超过规范规定的限值，但偏载作用下跨中附近主梁的扭转角(整体扭转+局部扭曲)可能较明显，从而导致两轨面高差较大，这对轨道车辆的行车安全非常不利，主梁的扭转变形应同时采用3m长梁段的局部扭曲和扭转总变形两个评价指标进行评判。

常用的结构刚度分析方法采用直接改变桥梁几何参数和改变设计挠跨比的分析方法，针对目前较多的中小跨度桥梁刚度控制，截面的横向刚度一般都比保证行车安全性与舒适性所要求的刚度大得多。在确定桥梁刚度对于车-桥动力响应的影响时，制定一组横向或竖向刚度不同、其他参数相同的桥梁结构，计算在不同车速下车-桥动力响应，绘制车辆安全性及舒适性等相关参数(如Sperling指数、车辆横向和竖向加速度、轮重减载率等)曲线，观察刚度变化对这些参数的影响。在可行的条件下可进一步分析，根据所研究车辆评价指标制定结构刚度相关参数的限值。

本实施例中，通过传统的计算分析方法得到只适用于中小跨度桥梁的刚度范围，再分析斜拉桥的桥面系刚度在不同数值时对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律，对斜拉桥桥面系刚度的敏感性进行分析，通过车-桥系统评价指标体系为指标进行评判，从而得到适用于铁路大跨度斜拉桥的桥面系刚度设计原则和范围，使铁路大跨度斜拉桥的刚度数值在范围内，从而实现铁路大跨度斜拉桥的刚度控制，车-桥系统评价指标体系根据实桥、国内外桥梁标准、专家意见确定的。

根据斜拉桥的跨度得出桥面系刚度初始值，并以该刚度初始值为基准值，通过改变桥面系中纵梁尺寸、横梁尺寸和钢桥面板厚度来得到多个桥面系刚度值，分析多个桥面系刚度值分别对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应的影响规律，从而得到桥面系对桥梁整体刚度的影响情况，确定桥面系的设计原则和刚度限值范围。

根据斜拉桥的跨度得出斜拉桥的桥面系刚度的初始值，分别计算该斜拉桥的桥面系刚度在不同数值下的桥梁刚度参数，即保持斜拉桥的其余结构参数不变，包括保持斜拉桥主梁桁宽和桁高不变，保持设置道砟板或不设置道砟板的相同条件，同时斜拉索的结构和参数也保持不变，在保持斜拉桥的其余结构参数不变的情况下，改变桥面系的相关参数，包括改变桥面系纵梁尺寸、横梁尺寸和钢桥面板厚度来改变桥面系刚度，然后在此桥面系刚度条件下分析对桥梁整体刚度参数的影响。

在本实施例中，根据桥梁跨度的跨度得到该斜拉桥的桥面系刚度的初始值，斜拉桥的桥面系刚度的初始值根据斜拉桥的跨度计算得到，该计算公式为桥梁工程设计领域内的公知常识，在此不再累述，以斜拉桥的桥面系刚度参数的初始值的100％为基准，将桥面系刚度参数从初始值的50％增至150％，每增加25％为一个工况，即将桥面系刚度大小的系数分别确定为0.5、0.75、1.0、1.25、1.5，共计5个工况，在以这5个工况为分析对象进行计算时，其他参数保持不变。

以桥面系刚度的初始值为基准，并选择桥面系刚度基准值两端的数值，桥面系包括纵梁、横梁和钢桥面板，通过改变纵梁尺寸、横梁尺寸和钢桥面板厚度来改变桥面系刚度，分析多个桥面系刚度值分别对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应的影响规律，从而得到桥面系对桥梁整体刚度的影响情况，确定桥面系的设计原则和刚度限值范围。

在以车-桥系统评价指标体系为指标对桥面系刚度进行评判时，具体内容如下：

桥面系刚度主要由桥面系纵梁尺寸、横梁尺寸和钢桥面板厚度决定，根据斜拉桥的跨度得出桥面系刚度初始值，该初始值对应着桥面系纵梁尺寸、衡量尺寸和钢桥面板厚度的某一特定值，然后通过改变桥面系纵梁尺寸、横梁尺寸和钢桥面板厚度来改变桥面系刚度，分析在不同桥面系刚度条件下对应的桥梁整体刚度，并以车-桥系统评价指标体系为指标评价其是否满足要求。

1、车辆响应方面：

a、计算列车加速度数值，根据列车运行的速度、横向最大位移和竖向最大位移，本领域技术人员可以计算出列车的横向加速度最大值和竖向加速度最大值。计算列车横向加速度和竖向加速度时，包括分别计算动车及拖车横向加速度、动车及拖车竖向加速度。

将桥面系刚度从0.5调整到1.5，根据测得的位移，计算该范围内不同车速下对应的动车及拖车横向加速度最大值，并得出动车及拖车各项最大值随桥面系刚度的变化关系图，如图1和图2所示，图1为桥面系刚度从0.5调整到1.5时不同车速下对应的动车横向加速度最大值，表2为桥面系刚度从0.5调整到1.5时不同车速下对应的拖车横向加速度最大值。

同样地，将桥面系刚度从0.5调整到1.5，根据测得的位移，计算该范围内不同车速下对应的动车及拖车竖向加速度最大值，并得出各项最大值随桥面系刚度的变化关系图，如图3和图4，图3为桥面系刚度从0.5调整到1.5时不同车速下对应的动车竖向加速度最大值，图4为桥面系刚度从0.5调整到1.5时不同车速下对应的拖车竖向加速度最大值。

以车-桥系统评价指标体系为指标进行评判，与加速度预定值进行比较，列车加速度的预定值为根据国内多个规范得到的参考值，横向加速度最大值小于0.14g(g为重力加速度)，竖向加速度最大值在有砟桥面为小于0.35g(g为重力加速度)，在无砟桥面为小于0.5g(g为重力加速度)。从图1-图4的数据可以看出，斜拉桥的整体刚度参数在桥面系刚度的0.5-1.5之间均满足预定值，继续计算桥面系刚度在小于0.5和大于1.5的范围内的加速度最大值，得出满足加速度最大值要求的桥面系刚度合理取值范围，当根据桥面系刚度计算得出的加速度在相应的预定值端点时，该斜拉桥桥面系刚度值为合理取值范围的端点值。

并且，从图1和图2看出列车横向加速度随车速的增大而增大，而与桥面系刚度变化关系不大；从图3和图4可以看出列车竖向加速度整体上随车速的增大而增大，当车速为150km/h时，其值随桥面系刚度的增大而有一定波动，在确定桥面系刚度和结构时，不用考虑列车行驶时的横向加速度，同时，在设计车速为150km/h时，适当考虑列车行驶时产生的竖向加速度。

b、计算轮重减载率数值，轮重减载率定义为△P/P，式中△P为减载侧车轮的轮重减载量，P为减载和增载侧车轮的平均静轮重。

保持桥面系刚度的取值范围不变，将桥面系刚度从0.5调整到1.5，计算该范围内不同车速下对应的动车轮重减载率最大值，并得出动车轮重减载率最大值随桥面系刚度的变化关系图，如图5所示，图5为桥面系刚度从0.5调整到1.5时不同车速下对应的动车轮重减载率最大值。

同样地，计算桥面系刚度从0.5调整到1.5时，不同车速下对应的拖车轮重减载率最大值，并得出拖车轮重减载率最大值随桥面系刚度的变化关系图，如图6所示，图6为桥面系刚度从0.5调整到1.5时不同车速下对应的拖车轮重减载率最大值

与预定值比较得出，轮重减载率的预定值为根据《铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准TB/T2360-93》及《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范GB5599-85》，并参考历次提速试验所采用的评判标准得出的参考值，轮重减载率的最大值为小于0.6。从图5和图6中的数据可以看出，斜拉桥的整体刚度在桥面系刚度的0.5-1.5之间均满足预定值，继续计算桥面系刚度在小于0.5和大于1.5的范围内的轮重减载率最大值，得出满足轮重减载率最大值的桥面系刚度合理取值范围，根据桥面系刚度计算得出的轮重减载率在相应的预定值端点时，该斜拉桥桥面系刚度值为合理取值范围的端点值，从图5和图6可以得出：轮载减载率随车速的增大而增大，而与桥面系刚度变化关系不大，在设计桥面系时，只需要考虑车速，而不用去考虑桥面系刚度，桥面系刚度均满足桥梁整体刚度要求。

c、计算斯佩林舒适度指标，斯佩林舒适度指标包括横向斯佩林指标和竖向斯佩林指标，斯佩林指标是用来判断乘坐舒适性或运行平稳性的重要指标，横向斯佩林指标和竖向斯佩林指标都会对车辆运行时的总体舒适性产生重要影响，因此，必须对斯佩林舒适度指标进行控制。

桥梁的斯佩林舒适度指标计算公式为：

式中，W为斯佩林舒适度指标，A为振动加速度，f为振动基频，F(f)为基频修正系数。

与预定值比较得出，斯佩林舒适度指标的预定值为桥梁领域通用参考值，W≤2.5时，舒适度为优，根据上述公式计算桥面系刚度在0.5-1.5之间的横向斯佩林指标和竖向斯佩林指标，判定是否满足通用参考值要求，并且计算出满足参考值的桥面系刚度合理取值范围，确定斜拉桥桥面系刚度的合理取值范围，当计算出的W值恰好为2.5时，此时的桥面系刚度值为端点值。

3、桥梁响应方面：

a、计算振动基频的数值，振动基频包括竖向振动基频、横向振动基频和扭转振动基频。竖向振动基频对桥梁的竖向变形及刚度有着密切的关系，同时，在对桥梁动力分析中按《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》GB5599-85规定的斯佩林评价指标对乘坐舒适度进行评判时，同样会使用到竖向振动频率，所以，在控制大跨度斜拉桥的刚度时，必须控制好竖向振动基频；横向振动基频往往用于检验梁的横向刚度，在铁路大跨度斜拉桥的横向变形和刚度控制中，必须对桥梁横向振动基频进行严格控制，从而保证桥梁具有较高的安全性，使列车安全通行，防止脱轨。

桥梁的振动基频计算公式为：

m_e＝G/g；

式中，l为斜拉桥跨度，E为结构材料的弹性模量，I_e为结构跨中截面的截面惯性矩，m_e为结构跨中处的单位长度质量，G为结构跨中处延米结构重力，g为重力加速度。

以桥面系刚度的初始值1.0为基准，上下择取初始值两端的数值为范围，在此将桥面系刚度范围择取为0.5到1.5，通过振动基频计算公式计算该范围内的横向基频数值、竖向基频数值和扭转基频数值，并将三者数值与对应的桥面系刚度数值绘制图形，得到桥梁基频随桥面系刚度的变化关系图，如图7所示。

对振动基频数值进行评判，具体包括：将得到的振动基频数值与预定值进行比较，振动基频的预定值为根据国内外实桥、《公路桥梁抗风设计规范》及专家学者经验所得到的参考值，横向振动基频为0.2-0.4，竖向振动基频为0.3-0.45，扭转振动基频为1-1.2。从图7的数据可以看出，斜拉桥在0.5-1.5之间均满足预定值，继续计算桥面系刚度在小于0.5和大于1.5的范围内的振动基频，得到满足振动基频预定值的桥面系刚度合理取值范围，当根据桥面系刚度计算得出的振动基频在相应的预定值端点时，该斜拉桥桥面系刚度值为合理取值范围的端点值。

与此同时，从图7中还得出，桥梁基频以横向、竖向、扭转的顺序出现，各基频值均无明显增大，说明增强桥面系的刚度对桥梁各方向的刚度提升不大，在设计大跨度铁路斜拉桥时，通过增强桥面系的刚度来提升桥梁刚度的意义不大。

b、计算挠跨比，挠跨比包括竖向挠跨比和横向挠跨比，由于综合考虑了桥梁刚度和载荷，因此桥梁的竖向挠跨比作为评价竖向刚度的重要尺度是桥梁设计界普遍认可的，桥梁的竖向挠跨比关系着桥梁及列车的安全性能，同时，当列车通过桥梁时，车-桥系统不仅产生垂向振动，同时还产生横向振动，为保证行车安全和旅客的舒适性，需要对桥梁的竖向挠跨比和横向挠跨比进行控制。

根据测得的位移数值，计算出桥梁的竖向挠跨比和横向挠跨比，以桥面系刚度的初始值1.0为基准，上下择取初始值两端的数值为范围，在此将桥面系刚度范围择取为从0.5到1.5，计算该范围内不同车速下对应的跨中横向位移最大值和跨中竖向位移最大值，并得出各项最大值随桥面系刚度的变化关系图，如图8和图9所示，图8为桥面系刚度从0.5调整到1.5时不同车速下对应的跨中横向位移最大值，图9为桥面系刚度从0.5调整到1.5时不同车速下对应的跨中竖向位移最大值。

根据桥梁的跨度、跨中横向位移最大值和跨中竖向位移最大值，计算出桥梁的竖向挠跨比和横向挠跨比，并将其与对应挠跨比预定值进行比较，桥梁的挠跨比预定值为根据实桥、行业规范、专家意见及试算得到的参考值，竖向挠跨比预定值为1/500-1/800，横向挠跨比与风速有较大关系，可行车风速时的横向挠跨比预定值为小于1/4000，设计风速时的横向挠跨比预定值为1/1000-1/2000。

从图8和图9得出，桥梁跨中横向位移、跨中竖向位移整体上随车速的增大而增大，但对桥面系刚度的变化则不太敏感，说明板桁桥梁并非仅仅靠桥面系各部件承重，更多的是整片主桁共同协作受力。当车速达到350km/h时，跨中竖向位移最大为66mm，挠跨比为1/6545，满足预定值。继续根据测得的位移最大值计算桥面系刚度在小于0.5和大于1.5的范围内的挠跨比，确定斜拉桥桥面系刚度的合理取值范围，当根据桥面系刚度计算得出的挠跨比在预定值的端点时，此时的斜拉桥桥面系刚度为合理取值范围的端点值。

c、测得扭转角数值，保持桥面系刚度的取值范围不变，将桥面系刚度从0.5调整到1.5，测得该范围内不同车速下对应的跨中扭转角最大值，并得出最大值随桥面系刚度的变化关系图，如图10所示，图10为桥面系刚度从0.5调整到1.5时不同车速下对应的跨中扭转角最大值。

以车-桥系统评价指标体系为指标进行评判，具体包括：将得到的跨中扭转角的数值与预定值进行比较，跨中扭转角预定值为根据行业规范、专家意见及经验确定的参考值，跨中扭转角最大值的预定值为≤1‰，从图10中得到，跨中扭转角仍是与速度成正比关系，但随着桥面系刚度的增大，其值有先増后减的趋势，到桥面系刚度达到原设计刚度的0.75时达到最大值，跨中扭转角最大值均满足预定值，继续测得桥面系刚度在小于0.5和大于1.5的范围内的跨中扭转角最大值，将跨中扭转角最大值均满足预定值的桥面系刚度确定为合理取值范围，根据桥面系刚度测得的跨中扭转角在相应的跨中扭转角预定值的端点值时，此时的斜拉桥桥面系刚度数值为合理取值范围的端点值。

d、测得梁端折角数值，保持桥面系刚度的取值范围不变，将桥面系刚度从0.5调整到1.5，测得该范围内不同车速下对应的梁端横向折角最大值和梁端竖向折角最大值，并得出各项最大值随桥面系刚度的变化关系图，如图11和图12所示，图11为桥面系刚度从0.5调整到1.5时不同车速下对应的梁端横向折角最大值，图12为桥面系刚度从0.5调整到1.5时不同车速下对应的梁端竖向折角最大值。

将得到的梁端折角与预定值进行比较，梁端折角的预定值为根据行业规范、专家意见及经验确定的参考值，梁端竖向折角的预定值为≤2‰，梁端横向折角的预定值为≤3‰，从图11和图12看出，梁端竖向折角变化曲线比较复杂，说明此时桥梁受车速和桥面系刚度的影响都较大；梁端横向折角对桥面系刚度变化的影响在低于设计刚度时比较敏感，当大于设计刚度后稍趋于平缓，梁端折角最大值均满足预定值，继续测得桥面系刚度在小于0.5和大于1.5的范围内的梁端折角最大值，将梁端折角最大值均满足预定值的桥面系刚度确定为合理取值范围，根据桥面系刚度测得的梁端折角在相应的梁端折角预定值的端点值时，此时的斜拉桥桥面系刚度数值为合理取值范围的端点值。

e、计算桥面加速度数值，桥梁方面的加速度包括桥面横向加速度和桥面竖向加速度。当桥面横向加速度达到一定数值后，列车很容易脱轨，因此，必须控制桥面的横向加速度，保证列车行驶安全；同样，列车以较高速度通过桥梁时，当载荷的激励频率等于或接近于桥梁自振频率的情况下，车-桥系统就可能发生谐振，对于桥上有碴轨道，过大的桥面板振动加速度将使道碴之间失去啮合作用，导致道碴蹦移和破碎粉化、轨枕悬空、线路状态不良，影响行车安全，而对于桥上无碴轨道，车—桥谐振引起的桥梁跨中往复振动将在无碴轨道上产生附加负弯矩，严重情况下有可能超过设计弯矩，影响结构的强度和使用寿命。因此，应对桥面竖向加速度加以限制。

保持桥面系刚度的取值范围不变，将桥面系刚度从0.5调整到1.5，根据测得的位移，计算该范围内不同车速下对应的横向加速度最大值和竖向加速度最大值，并得出各项最大值随桥面系刚度的变化关系图，如图13和图14所示，图13为桥面系刚度从0.5调整到1.5时不同车速下对应的跨中横向加速度最大值，图14为桥面系刚度从0.5调整到1.5时不同车速下对应的跨中竖向加速度最大值。

以车-桥系统评价指标体系为指标进行评判，具体包括：将桥梁加速度与预定值比较得出，加速度的预定值为根据国内多个规范得到的参考值，横向加速度最大值小于0.14g(g为重力加速度)，竖向加速度最大值在有砟桥面为小于0.35g(g为重力加速度)，在无砟桥面为小于0.5g(g为重力加速度)。从图13和图14的数据可以看出，斜拉桥在0.5-1.5之间的跨中横向加速度最大值和跨中竖向加速度最大值均满足预定值，继续计算桥面系刚度在小于0.5和大于1.5的范围内的加速度最大值，将跨中加速度最大值均满足预定值的桥面系刚度确定为合理取值范围，根据桥面系刚度计算得出的加速度在相应的预定值端点时，该斜拉桥桥面系刚度值为合理取值范围的端点值，从图13和图14的数据可以看出，跨中横向加速度随桥面系刚度增加整体稍有减小趋势，而跨中竖向加速度随桥面系刚度增加未见明显增减。同样，跨中横竖向位移与跨中横竖向加速度变化趋势是统一的。

通过计算该斜拉桥的桥面系刚度在不同数值时的斜拉桥整体刚度参数，并将得到的整体刚度参数与预定值比较，判断斜拉桥的刚度是否满足预定值，进而得到斜拉桥的桥面系刚度的合理取值范围，从而用来衡量车辆在铁路大跨度斜拉桥上行走时的安全性和乘客的舒适性，也可以快速、准确得出的铁路大跨度斜拉桥的桥面系刚度是否满足使用性能要求的结论。同时，通过计算该斜拉桥在满足斜拉桥刚度参数要求的情况下的最优桥面系刚度，从而避免出现一味增加刚度而导致浪费材料的问题，使铁路大跨度斜拉桥在满足列车行走时的安全性和乘客的舒适性的情况下，最大限度节约建筑材料消耗，降低工程投资成本。

本实施例以跨度为432m的铁路大跨度斜拉桥为模型，通过本方法建成的国内某座大跨度铁路长江大桥，已顺利通车，列车在桥上运行安全、平稳，旅客乘坐舒适，使用性能良好，同时，该方法已成功推广应用于国内其他铁路大跨度斜拉桥的设计中，解决了技术难题，使铁路大跨度斜拉桥得到较好的发展，节省了巨额的工程投资成本。

Claims (10)

1.一种通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、建立动力分析模型，包括铁路大跨度斜拉桥模型和车辆模型；

b、采用动力分析方法，分析斜拉桥的桥面系刚度在不同数值时对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律；

c、调整车辆的行驶速度，分析斜拉桥在不同速度时各桥面系刚度对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律；

d、以车-桥系统评价指标体系为指标进行评判，确定桥面系刚度的设计原则和范围。

2.根据权利要求1所述的通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，其特征在于，所述步骤b具体包括以下步骤：

b1、根据斜拉桥的跨度得出桥面系刚度初始值；

b2、桥面系包括纵梁、横梁和钢桥面板，通过改变纵梁尺寸、横梁尺寸和钢桥面板厚度来改变桥面系刚度，进而得到多个不同的桥面系刚度；

b3、分析在不同桥面系刚度条件下对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律。

3.根据权利要求2所述的通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，其特征在于，在步骤b2中，改变桥面系刚度时，将桥面系刚度从原设计的50%增至150%，每增加25%为一个工况，共计5个工况。

4.根据权利要求1-3之一所述的通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，其特征在于，在步骤c中，调整车辆的行驶速度时，将车辆行驶速度从150km/h增至350km/h，每增加50km/h为一个工况，共计5个工况。

5.根据权利要求4所述的通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，其特征在于，所述车辆模型包括多节动车和与动车连接的多节拖车，所述车-桥系统评价指标体系包括车辆动力评价标准、轨道动力评价标准和桥梁主梁刚度评价标准。

6.根据权利要求5所述的通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，其特征在于，车辆动力响应方面包括运行安全性指标和运行平稳性指标，桥梁动力响应方面包括竖向刚度指标、横向刚度指标和扭转刚度指标。

7.根据权利要求6所述的通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，其特征在于，所述运行安全性指标包括轮重减载率和列车加速度。

8.根据权利要求6所述的通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，其特征在于，所述竖向刚度指标包括竖向挠跨比、竖向振动基频、梁端竖向折角和桥面竖向加速度。

9.根据权利要求6所述的通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，其特征在于，所述横向刚度指标包括横向挠跨比、横向振动基频、梁端横向折角和桥面横向加速度。

10.根据权利要求6所述的通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，其特征在于，所述扭转刚度指标包括扭转振动基频和跨中扭转角。