大跨PC组合结构在高速铁路无砟轨道桥梁中的应用研究

为了促进PC组合桥式结构在高铁桥梁中的应用,以西延高铁王家河特大桥为工程背景,分别对连续刚构加拱组合桥式、连续刚构部分斜拉桥、连续刚构加劲钢桁组合桥式在高速铁路无砟轨道大跨桥梁中的应用进行探讨,建立有限元模型进行分析,研究并总结各组合桥式方案的受力特点、设计难点、关键力学性能、结构设计等方面。研究结果表明,通过合理的结构设计,组合桥式结构能够充分发挥梁、索、拱结构的受力优势,进而满足高速铁路无砟轨道大跨桥梁对于梁端转角、徐变变形等控制条件的要求。     

高速铁路大跨连续刚构柔性拱组合桥梁设计

研究目的:以商合杭铁路淮河特大桥(112+228+112) m连续刚构-柔性拱桥为工程背景,研究大跨连续刚构-柔性拱桥的总体及构造、拱肋及吊杆的受力、大跨刚构体系桥梁主墩的受力、桥梁变形对铺设无砟轨道的适应性、车桥耦合动力分析等,系统研究和总结大跨连续刚构-柔性拱桥特点,为大跨度连续刚构-柔性拱桥在高速铁路中的应用提供参考和借鉴。研究结论:(1)连续刚构-柔性拱桥刚度大,受力性能和经济性能优良;(2)通过优化纵向预应力钢束布置并在柔性拱的辅助作用下,能够控制主梁的徐变位移,为无砟轨道的铺设创造良好条件;(3)在考虑主梁徐变、温度等各种位移工况下的主梁附加不平顺后,车桥耦合动力响应分析表明桥梁能够满足列车高速行车的安全性和乘坐舒适性要求;(4)本研究成果可应用于高速铁路大跨度无砟轨道桥梁设计。     

高速铁路主跨450m斜拉桥应用无砟轨道可行性研究与设计优化

大跨度桥梁铺设无砟轨道现已成为扩大无砟轨道应用范围的又一技术难题，因此研究大跨桥上铺设无砟轨道的可行性十分必要。以某高速铁路主跨450 m大跨斜拉桥为例，针对无砟轨道应用的可行性及轨道结构设计参数进行研究，从而为大跨度桥上无砟轨道应用及结构设计提供理论依据。主要结论如下：(1)在大跨桥梁活载、温度等变形条件下，无砟轨道各静、动力学指标均能满足安全服役要求，主跨450 m斜拉桥应用无砟轨道可行；(2)温度组合荷载作用下，桥梁主跨竖向变形曲率半径最小值为191 771 m,满足行车舒适性要求；(3)橡胶弹性垫层可有效协调轨道结构层间变形，显著降低底座动力响应，建议弹性垫层刚度取0.10 N/mm³;(4)轨道板常用板型均满足层间变形不脱空要求，设计布板时应尽量选择板长较小的轨道板；(5)考虑桥梁成桥偏差影响，底座板厚度取220 mm,自密实混凝土层加厚至105 mm。     

高速铁路无砟轨道混合结合梁斜拉桥设计研究

广湛铁路东平水道主桥采用(67.5+60+60+350+60+60+67.5) m双塔双索面混合组合梁斜拉桥，半漂浮结构体系。主梁采用混合主梁；桥塔采用带弧A形桥塔，塔高分别为149,147 m;全桥共布置144根斜拉索，斜拉索采用锌铝合金涂层平行钢丝拉索。东平水道主桥受力合理，提升了钢-混凝土混合梁斜拉桥在高铁无砟轨道桥梁中的适用跨度。边跨采用混凝土梁提高结构刚度改善梁端转角；中跨采用开口钢箱梁及预制桥面板的结合梁，节省用钢量，且结构刚度较大。对该桥抗风、风-车-桥系统空间耦合振动、无砟轨道适应性、抗震性能进行研究，结果表明，各项性能均满足规范要求，能够满足高速铁路无砟轨道对结构安全性和行车舒适性的要求。提出复杂建设条件下高速铁路无砟轨道混合结合梁斜拉桥的施工工法，能有效提高施工质量、缩短建设工期。     

高速铁路无砟轨道无缝线路车站咽喉区道岔连续梁结构形式的研究

研究目的:对高速铁路咽喉区由正线2股道变为站内6股道形成的多股道变化的道岔群进行研究,选择合理的桥梁结构以满足无缝道岔的布置要求。研究结论:通过对无砟轨道无缝线路车站咽喉区道岔连续梁结构形式研究,总结出道岔区桥梁结构形式选择的控制因素;为设计出能满足无砟轨道无缝道岔受力及变形要求的结构需重点解决如下问题:(1)确定无砟轨道无缝道岔对桥梁结构变形及梁缝位置的要求。(2)根据无砟轨道无缝道岔对桥梁结构梁缝处钢轨横向相对位移限值的要求,确定合理的梁跨横向布置。(3)根据确定的梁跨结构形式,建立无缝道岔-桥梁-墩台一体化力学模型,计算岔区轨道、梁体和下部结构的工作状态。(4)做梁部结构整体及局部分析。     

高铁单元板式无砟轨道大跨梁端适应性对比

研究目的:为研究不同类型单元式无砟轨道无缝线路在大跨桥上的适应性,本文建立无缝线路-无砟轨道-桥梁空间耦合分析模型,对温度荷载作用下CRTSⅠ型和CRTSⅢ型板式无砟轨道各层纵向受力与变形、层间错动位移以及限位结构受力进行对比分析,并对运营过程中可能出现的扣件纵向阻力增加对两种无砟轨道在大跨桥上的适应性进行比较。研究结论:(1)两种无砟轨道无缝线路在连续梁端处受力与变形最大,但二者之间的差异较小;(2)扣件纵向阻力的增加将带来连续梁端位置处无缝线路受力增加,变形量减小;(3)CRTSⅢ型板式无砟轨道层间限位刚度大于CRTSⅠ型板式无砟轨道,因此扣件纵向阻力增加导致的CRTSⅠ型板式无砟轨道层间错动位移增加更加明显;(4)梁端限位结构在升降温过程中纵向受剪明显,其中CRTSⅠ型板式无砟轨道梁端半圆形凸台因单侧承力,纵向剪切效应更加显著,且随桥上扣件纵向阻力的增加而急速增加;(5)总体看来,两种无砟轨道的选用对大跨桥上无缝线路设计的影响基本无差异,但在轨道纵向几何形位保持以及大跨梁端限位结构受力方面,CRTSⅢ型板式无砟轨道表现出了较好的适应性;(6)本研究成果可为今后大跨度桥上板式无砟轨道的选型提供理论指导。     

实测温度下大跨度桥上纵连无砟轨道受力研究

研究目的:既有桥上纵连板式无砟轨道研究多考虑桥梁整体温度变化而忽略温度梯度的影响,为探明高速铁路大跨度桥上纵连板式无砟轨道系统受力规律,本文基于长期实测温度场数据,利用统计方法获得结构具有概率保证的非线性温度模式,建立考虑钢轨-轨道板-底座板-梁体-桥墩的空间一体化有限元模型,选取沪昆客运专线某大跨连续梁桥工程实例,计算分析实测非线性温度模式下桥上各层轨道结构相对位移以及钢轨纵向附加力的分布规律。研究结论:(1)只考虑轨道板及底座板实测温度模式时,钢轨附加应力基本为0;(2)桥梁温度梯度会引起梁缝处钢轨附加应力的急剧增大,在研究桥上纵连板式无砟轨道时需考虑桥梁温度梯度的影响;(3)大跨度连续梁桥固结机构处水泥沥青砂浆变形会超过其实测极限变形位移,建议在连续梁固结机构上方同样设置剪力钢筋;(4)无砟轨道断板会导致钢轨附加应力急剧增大,因此应严格限制纵连板式无砟轨道断裂的发生,若需更换轨道板及底座板时,应在合龙温度范围进行更换;(5)本研究结果可为大跨度桥上纵连板式无砟轨道的设计与改进提供参考。     

非开挖支挡结构在高铁路堑变形治理中的应用

研究目的:高速铁路无砟轨道路基工程变形控制要求极为严格,为保证列车运营的舒适性、安全性,运营高速铁路几乎不允许路基出现任何变形。某高速铁路在运营过程中一段路堑边坡坍滑变形,严重影响其运营安全,针对该段高速铁路行车密度大、行车时速高、施工风险大的特点,提出微扰动非开挖支挡结构与风险管理相结合的处理方案。研究结论:(1)采用钢管微型桩跟管钻进潜孔钻施工后再通过锁口梁连成整体,可以有效遏制边坡变形、提高边坡稳定性,施工过程中对路基边坡扰动小,是高铁变形病害整治的一个重要原则和思路;(2)运营高速铁路变形病害整治施工风险安全等级高,将风险管理理念纳入工程设计领域,对治理方案风险因素进行了识别,并制定了详实的风险处理对策,是确保高铁变形病害整治成功的关键措施;(3)整治工程实施后路堑边坡变形得到了有效遏制,至今路堑变形稳定,实现了行车条件下高速铁路无砟轨道路堑边坡变形病害的整治,微扰动非开挖支挡结构与风险管理相结合的高铁变形病害整治技术可为今后高铁路堑变形病害治理提供参考和借鉴。     

商合杭铁路矮塔斜拉桥无砟轨道适应性研究

研究目的:高速列车运行对无砟轨道的平顺性要求非常严格,而大跨度桥梁在温度荷载作用下引起的主梁竖向变形是引起轨道平顺性发生变化的主要原因。本文以商合杭铁路沙颍河大跨度矮塔斜拉桥为背景,对不同的桥梁结构体系、边跨比、主梁类型、梁高、斜拉索规格及布置、桥塔高度等进行对比分析,研究其对温度变形的影响,从而确定矮塔斜拉桥的无砟轨道适应性。研究结论:(1)矮塔斜拉桥可以满足无砟轨道的平顺性要求,保证高速铁路的行车安全性及舒适性;(2)有效释放梁体收缩徐变及温度变形的桥梁结构体系更加容易满足轨道平顺性要求,应优先选用;(3)斜拉索的温度变化及索梁温差是引起主梁竖向变形的主要因素,确定合适的斜拉索规格、安全系数、索间距,既能充分发挥斜拉索对主梁的贡献,又能减小温度荷载作用下主梁的竖向变形;(4)为减小斜拉索对温度变形的影响,主梁宜采用混凝土结构;(5)本研究成果对今后高速铁路矮塔斜拉桥设计具有一定的指导意义。     

郑徐高铁CRTSⅢ型板式无砟轨道结构服役状态监测

为掌握CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的温度场、受力和变形规律,在郑徐高铁跨京杭大运河徐州特大桥的CRTSⅢ型板式无砟轨道结构开展监测服役状态监测的基础上,对监测数据进行了统计分析,研究表明:(1)轨道板板中温度高于自密实混凝土层和底座板;(2)轨道板上半部分温度梯度较大,下半部分温度梯度较小;(3)连续梁跨中地段轨道板板端翘曲位移高于板中翘曲位移,板端最高翘曲位移为1.9mm。连续梁梁端地段轨道板板端翘曲位移与板中翘曲位移接近;(4)随着大气温度的升高,桥梁梁缝的相对位移值逐渐减小;(5)轨道板压应力、拉应力大小变化随着温度的升高和降低而相应发生变化。     

我国高速铁路桥梁技术的发展与实践

我国高速铁路的快速发展推动了高速铁路桥梁技术的飞速提升。本文从常用跨度简支箱梁建设、大跨度混凝土桥徐变控制及极限跨度、混凝土梁拱组合结构、大跨度桥无砟轨道技术、大跨度钢桥及拱桥技术、斜拉桥及悬索桥在铁路中的运用等方面对我国高速铁路桥梁技术的发展进行分析总结,回顾了我国高速铁路桥梁的发展历程和建设成就,探讨了我国高速铁路桥梁新技术,提出了开展新材料、新设备研究等中国特色高速铁路桥梁建设的发展方向和途径。     

高速铁路无砟轨道桥梁基础变形对行车的影响

研究目的:针对高速铁路无砟轨道桥梁基础(桥墩)变形引起桥上轨道附加不平顺,进而对列车运行产生影响的问题,本文以单元板式无砟轨道系统为对象,分别建立轨道-桥梁上部结构-支座-桥墩数值仿真子模型,以及车辆-轨道耦合动力作用子模型,计算并分析桥墩不同变形模式和量值对高速铁路行车的影响。研究结论:(1)桥墩变形对行车的影响与列车速度有关,列车速度越高,其影响越大;(2)桥墩横向变形对行车的影响大于桥墩沉降所产生的影响,桥墩同时发生沉降和横向变形情况下,行车安全性主要受横向变形的影响;(3)桥梁跨径减小,各行车评价指标增大,尤其当桥墩横向变形大于10 mm的情况下;(4)对于32 m标准跨径桥梁,桥墩沉降不超过20 mm,行车安全性和舒适性指标均未超过限值,但是当桥墩横向变形达到15 mm时,列车高速运行下行车安全性指标已超过限值;(5)该研究结论对高速铁路桥梁基础变形的管理与控制具有一定的指导意义。     

桥梁竖向变形对轨道平顺性的影响研究

研究目的:高速铁路桥梁竖向变形会引起轨道不平顺,进而影响高速铁路安全高效运营。以32 m高速铁路简支梁桥为研究对象,基于已有的桥梁竖向变形与轨面几何形态的映射解析模型,定量化研究了多种桥梁竖向变形模式的变形幅值、梁端悬出长度及砂浆层竖向刚度等关键参数对CRTSⅠ型板式无砟轨道结构轨面平顺性的影响,提出了控制钢轨变形的措施,为综合治理高速铁路桥梁钢轨变形提供理论参考。研究结论:(1)桥墩沉降、梁端竖向转角和梁体错台均会导致钢轨跟随梁体变形,并在变形区域边界上出现钢轨上翘;(2)钢轨变形量与桥梁竖向变形幅值呈正比,控制钢轨变形的关键在于减小桥梁竖向变形;(3)通过适当减小梁端悬出长度和减小砂浆层竖向刚度等方式,可以达到控制轨面变形的目的;(4)本研究成果可为高速铁路桥梁钢轨竖向变形控制提供理论参考。     

引入既有无砟高铁接轨段路基工程关键技术

研究目的:邻近既有高铁无砟轨道路基新建或扩建建(构)筑物,路基隔离防护措施研究相对薄弱,尤其是引入既有无砟高铁并轨段路基的处置措施及设计方法近乎空白。为研究引入既有无砟高铁接轨段路基工程设计关键技术,本文结合鲁南高速铁路的建设,开展鲁南高铁引入京沪高铁曲阜东站接轨段路基的临界距离、路基填料、地基处理及施工安全等分析。研究结论:(1)路基紧邻距离大于50 m时,新建铁路路基与既有无砟路基间可不采取隔离处置措施;(2)建议采用0.6 m厚级配碎石+0.6 m厚高强加筋轻质混凝土+一般轻质混凝土作为引入无砟轨道接轨段路基结构形式;(3)微型钢管桩、CFG桩、高压旋喷桩、换填轻质混凝土在控制既有无砟高铁路基附加沉降的效果上表现基本一致;(4)隔离桩可有效抑制既有无砟高铁路基面的附加沉降,隔离桩桩长越长,附加沉降控制效果越好,隔离桩间隔方式对附加沉降影响较小;(5)隔离桩同时开挖的桩数越多,既有无砟高铁路基受扰动程度明显增大,隔离桩同时开挖的桩数应控制在合理范围内;(6)该研究成果可为引入无砟高铁接轨段路基工程建设提供参考。     

坡度对连续梁桥梁端扣件上拔力的影响研究

研究目的:大跨桥梁上铺设无砟轨道时,桥梁坡度、桥梁跨度及梁体温度变化会对梁端扣件受力产生影响,本文通过建立坡度桥梁扣件受力分析计算的有限元模型,研究连续桥梁位于坡道上时梁体坡度、梁体温度变化、桥梁温度跨度以及相邻简支梁桥固定支座布设位置对梁端扣件受力的影响。基于线路运行条件下可能发生的不利荷载组合,从扣件受力角度出发,确定不同墩高、不同温度跨度连续梁桥适应的坡度限值,为山区大跨桥梁上的无砟轨道设计提供理论指导。研究结论:(1)考虑坡度上桥梁变形对扣件受力影响时应考虑桥梁坡度对扣件受力方向的影响;(2)坡度桥梁梁缝处扣件受到附加力最大值随着桥梁坡度、温度变化幅度、连续梁温度跨度的增加而呈线性增大,而相邻简支梁固定支座位于下坡段时对扣件受力较为有利;(3)考虑线路运营中出现的最不利荷载组合,从梁端扣件受力不超限出发得到不同桥墩高度、不同温度跨度连续梁桥适应的坡度限值,在梁缝处铺设过渡板时可以大幅度提高连续梁桥适应的坡度限值;(4)该研究成果可用于指导山区铁路桥梁和无砟轨道设计。     

高速铁路无砟轨道112m尼尔森体系提篮系杆拱桥设计

研究目的:高速铁路速度快,无砟轨道技术性强,对结构刚度要求以及梁轨的适应性要求高。需要研究新型桥梁结构的设计理念和方法。研究结果:下承尼尔森体系钢管混凝土提篮式系杆拱桥造型美观,建筑高度低,跨越能力强;外部静定结构,适应性强;桥梁结构竖、横向刚度大,整体桥面对轨道的应对性能好;造价经济,养护方便,能较好地适应高速铁路对桥梁结构的要求。本文详细介绍了112 m提篮系杆拱桥设计。     

高速铁路大跨度钢桁梁斜拉桥轨道型式研究

研究目的:在总结铁路钢桥轨道结构应用的基础上,根据高速铁路大跨度钢桁梁斜拉桥和轨道结构特点,研究提出轨道结构选型原则,并对比分析有砟轨道、合成树脂枕轨道、板式无砟轨道、双块式无砟轨道的适应性,提出轨道结构选型建议。研究结论:(1)大跨度钢桁梁斜拉桥轨道结构选型应从轨道结构特性、施工性、维修性、综合经济性及环境性等方面综合考虑;(2)有砟轨道结构较为成熟,但结构自重大,养护维修工作量大,从寿命周期成本考虑,综合性能不高;双块式无砟轨道结构简单,自重较轻,但施工顺序对轨道线形有较大影响,对施工工艺要求高;(3)板式无砟轨道自重较轻,对钢桁梁桥适应性良好,且有一定的应用经验;合成树脂枕轨道结构简单、自重轻,维修工作量少,对钢桥适应性强,建议在高速铁路大跨度钢桁梁斜拉桥上研究采用合成树脂轨枕轨道和板式无砟轨道;(4)本文对高速铁路大跨度钢桁梁斜拉桥轨道结构选型有一定参考意义。     

商合杭高铁淮河特大桥总体设计研究

商合杭高铁淮河特大桥为时速350 km的无砟轨道双线桥梁,桥位位于淮河内涝区、行洪区,受防洪、通航、淮河退堤等诸多因素影响,需要对桥位选择、孔跨布置、主桥设计等方面进行研究。跨淮河主桥采用(112+228+112) m刚构拱桥跨越淮河主航道,跨东淝河主桥采用(112+224+112) m连续梁拱桥跨越东淝河,2座主桥均为大跨度混凝土主梁-柔性拱组合结构。静动力计算分析表明:桥梁的各项受力指标满足良好,主梁变形均满足铺设无砟轨道的要求。     

不均匀沉降对大跨连续梁及轨道结构影响分析

研究目的:本文结合某高速铁路大跨度无砟轨道桥梁不均匀沉降工程实例,分析墩台发生不均匀沉降工况下,桥梁结构及桥上无砟轨道受力情况,并对结构安全性和适应性进行综合分析,最后根据沉降值范围,提出相应的处理方案及建议。论文旨在通过针对性研究,对今后大跨连续梁不均匀沉降的整治处理提供参考。研究结论:通过计算分析得出:(1)大跨连续梁不均匀沉降值超过现行设计规范一定范围时,对墩台受力影响较小,对连续梁主梁及轨道受力影响可控;(2)现行规范应适当放宽对大跨连续梁不均匀沉降的限值,有利于在设计阶段从源头上既保证结构安全又节约建设成本;(3)对较大的不均匀沉降应及时采取措施进行综合整治;(4)该研究成果可应用于铁路大跨连续梁因软土地基、地下水位变化等因素引起的墩台不均匀沉降整治。     

大跨度刚构拱桥铺设无砟轨道适应性研究

研究目的:大跨度桥梁铺设无砟轨道已成为我国扩大无砟轨道应用范围的一大技术难题,本文以崔家营汉江特大桥主桥为工程实例,结合桥梁变形曲线及车桥耦合动力响应分析结果,提出大跨度桥梁铺设无砟轨道技术难点、技术要求以及评价指标,并得出相应的分析结果。研究结论:(1)崔家营汉江特大桥(135+2×300+135) m混凝土刚构拱竖向变形、曲率半径、竖向残余徐变变形、梁端变形、墩台沉降值均满足要求;(2)高速列车作用下桥梁动力响应均满足要求,具有良好的动力特性及列车走行性,安全性和乘坐舒适性均满足要求;(3)温度和徐变作用下竖向变形属于多波不平顺,300 m弦高低不平顺已超出规范允许值;(4)本研究成果可为今后类似大跨度桥梁铺设无砟轨道适应性分析提供参考。