大跨斜拉桥上无缝线路伸缩力影响因素分析

研究目的:大跨度斜拉桥结构复杂,为"塔-索-梁"空间组合结构,在荷载作用下,其无缝线路梁轨相互作用极为复杂。本文以一座铁路常用双塔钢桁斜拉桥为例,基于梁轨相互作用原理,建立斜拉桥上无缝线路纵向力计算模型,分析主塔墩温差、斜拉索温差、主塔墩刚度、主梁刚度及结构支撑体系对钢轨伸缩力的影响,为大跨度斜拉桥上无缝线路设计提供理论依据。研究结论:(1)随着主塔墩温差增大,钢轨伸缩力减小,主塔墩温差越大,主梁主跨竖向位移就越大;(2)随着斜拉索温差增大,钢轨伸缩力增大较小,但主梁主跨竖向位移急剧减小;(3)主塔墩刚度变化对钢轨伸缩力影响较小;(4)采用漂浮体系时,钢轨伸缩力与半漂浮体系几乎一致,采用塔梁固定支撑和塔梁固结体系时,主梁左端梁缝处的伸缩力减小,但主梁右端梁缝处的钢轨伸缩力反而增大,因此在铁路大跨斜拉桥设计中建议不采用这两种支撑体系;(5)该研究成果可指导大跨度斜拉桥无缝线路设计。     

桥墩温差荷载作用下桥上无缝线路钢轨附加力研究

根据梁轨相互作用原理,建立了"轨-梁-墩-体化"有限元模型,采用单位荷载法计算了桥墩温差荷载引起的墩顶纵向位移,计算了桥墩温差引起的桥上无缝线路钢轨附加力.桥墩高度对桥墩温差引起的钢轨附加力影响比较敏感,当桥墩较高时,桥墩温差引起的钢轨附加力不能忽略,建议在高墩桥上设计无缝线路时,应考虑桥墩温差引起的钢轨附加力,并与其他钢轨附加力进行荷载组合,检算钢轨强度和无缝线路稳定性.     

斜拉桥上无缝线路纵向相互作用理论及试验研究

运用梁轨纵向相互作用机理,建立斜拉桥上无缝线路纵向力计算模型,以一座铁路常用双塔钢桁斜拉桥为例,对斜拉桥上无缝线路纵向相互作用规律进行理论和试验研究。分析结果表明:在主桥左右两端各铺设一组单向伸缩调节器,主桥上钢轨纵向力可得到有效的控制,现场试验测试的桥面纵向位移及钢轨伸缩力分布规律与理论计算基本相同,所建立模型可用于斜拉桥上无缝线路纵向相互作用分析;钢轨挠曲力计算时,可在斜拉桥主跨及其邻跨上布置荷载,且不必考虑列车入桥方向的变化;钢轨伸缩调节器可有效减弱列车制动荷载下的梁轨相互约束作用,减小线路受力变形。     

大跨度公铁平层斜拉桥上无缝线路纵向力研究

为研究钢轨伸缩调节器及小阻力扣件对大跨度公铁平层斜拉桥上梁轨相互作用规律的影响，以某大跨度公铁平层斜拉桥为研究对象，基于梁轨相互作用理论，建立大跨度公铁平层斜拉桥上无缝线路纵向力分析有限元模型，对不同工况下斜拉桥上梁轨相互作用规律进行研究。研究结果表明：在公路及铁路列车荷载作用下，对于大跨度公铁平层斜拉桥上无缝线路而言，在主桥两侧设置钢轨伸缩调节器，可大幅降低梁轨间的相互作用力，并能满足钢轨强度及稳定性限值要求；当在主桥两侧布置钢轨伸缩调节器且伸缩调节器基本轨一侧分别铺设100 m小阻力扣件时，钢轨总应力及纵向总压力分别为243.6 MPa, 716.9 kN,能够满足钢轨强度及轨道稳定性要求，且减少小阻力扣件的应用。     

高墩水平温差对连续刚构桥上无缝线路的影响

为研究高墩水平温差对桥上无缝线路的影响,选取某高墩大跨连续刚构桥工程实例,基于梁轨相互作用原理,建立线桥墩一体化有限元模型,分析在水平纵向和横向温差作用下高墩大跨桥上无缝线路受力变形情况。结果表明:高墩纵向温差对连续刚构桥上无缝线路纵向受力影响较大,随着桥墩纵向温差的增大,桥上无缝线路受力逐渐增大;桥墩横向温差影响桥上无缝线路平顺性,当桥墩横向温差超过一定的限值时,连续刚构桥上无缝线路会出现长波不平顺超限;总结以上分析结果,建议在连续刚构桥上无缝线路设计检算中考虑高墩在水平温差作用下对桥上无缝线路的影响。     

考虑活动支座摩阻的大跨连续梁桥上梁轨相互作用研究

为探究活动支座摩阻对大跨连续梁桥上无缝线路梁-轨相互作用的影响,基于梁-轨相互作用及有限元理论,将活动支座摩阻等效为非线性弹簧,建立可考虑活动支座摩阻的连续梁桥上无缝线路空间耦合模型,对考虑活动支座摩阻前、后的钢轨及桥墩结构受力变形展开对比分析。结果表明,活动支座摩阻增强了连续梁与无缝线路的纵向约束,当活动支座摩阻率从0增大至0.06时,温度作用下,连续梁桥上钢轨纵向力及梁轨相对位移峰值分别减小了24.32%和29.89%,连续梁桥固定墩纵向力增加了2.44倍;制动荷载作用下,钢轨制动力、梁轨相对位移及连续梁桥固定墩纵向力分别减小了53.51%、56.94%和41.63%;断轨工况下,部分断轨力通过活动支座摩阻传递给非固定墩,连续梁桥固定墩纵向力减小了60.64%,钢轨断缝值减小了3.3%;活动支座摩阻对大跨连续梁桥上无缝线路及桥墩纵向力影响较大,建议在大跨连续梁桥上无缝线路及桥墩设计中考虑活动支座摩阻的影响。     

静风荷载对高墩大跨桥梁位移影响分析

为了研究静风荷载对高墩大跨桥梁纵横向位移的影响,为高墩大跨桥梁上铺设无缝线路、无砟轨道提供理论依据,运用有限元软件ANSYS,建立桥梁—墩台—基础相互作用一体化模型,分析了静风荷载对桥梁纵向位移、横向位移的影响以及不同桥型对静风荷载抵抗能力的影响。结果表明,静风荷载作用下,高墩大跨桥梁会产生较大的纵横向位移;在最大风荷载作用下,横向位移产生的轨向不平顺值未超过高速铁路轨向不平顺管理值,且不会影响无缝线路的稳定性;静风荷载下引起梁体和墩台纵向位移会影响梁轨相互作用;采用刚构桥较连续梁桥有利于控制风荷载对桥梁变形的影响。     

桥墩温差荷载引起的桥上无缝线路钢轨附加力

采用单位荷载法计算桥墩温差荷载引起的墩顶纵向位移。根据梁轨相互作用原理,建立“轨—梁—墩”有限元模型,计算桥墩温差引起的桥上无缝线路钢轨附加力,研究桥墩温差引起的钢轨附加力的分布规律及其影响因素。研究表明:多跨简支梁桥墩温差引起的钢轨附加力的最大压力出现在右桥台处,最大拉力出现在靠近左桥台的边墩处,离桥台越远,钢轨附加力越小;随着墩高的增加,桥墩温差引起的钢轨附加力增大,建议在设计高墩桥上无缝线路时,应考虑桥墩温差引起的钢轨附加力,并与其他钢轨附加力叠加检算钢轨强度和无缝线路稳定性;桥墩温差引起的钢轨附加力,随着桥墩纵向水平线刚度的增加先快速增大,到一定程度后变缓;桥梁跨度对桥墩温差引起的钢轨附加力影响很小;钢轨附加力随着简支梁跨数的增加而增大,但逐渐变缓,当简支梁跨数超过18跨以后,钢轨附加力不再增长。     

有砟轨道基础桥上无缝线路计算软件开发及应用

运用梁轨相互作用基本原理,在考虑钢轨、桥梁和墩台相互作用的基础上,建立了桥上无缝线路的线桥墩空间一体化计算模型,用于对桥上无缝线路伸缩附加力、挠曲力、制动附加力、断轨力、梁轨相对位移及墩台纵向受力和变形的计算分析.为计算方便,以有限元软件ANSYS为计算平台,利用ANSYS参数化设计语言进行二次开发,编制了有砟轨道基础桥上无缝线路通用计算软件,可用于各种桥上无缝线路的设计计算.     

轨道结构与桥梁共同作用力学计算模型的研究

轨道结构与桥梁共同作用的力学计算模型是解决轨道纵向位移阻力与梁轨相对信移相互作用计算问题的关键。本文采用平面杆系建立轨道结构与桥梁共同作有的力学计算模型，将轨道结构、梁体、支座、墩台、基础作为整体来考虑。桥梁和轨道的联结采用性梁单元模拟，其材料弹性模量和屈服应力通过轨道纵向位移阻力与梁轨相对位移关系的双折线化确定；同时为考虑梁跨挠曲对无缝线路钢轨受力的影响，梁跨高度采用刚臂模拟。通过对梁轨相互作用模型结构的试验结果和《铁路无缝线路》（1995年修订版）一书中桥上无缝线路钢轨力的钢轨变形微分方程解计算算例作比较，证实这一力学计算模型的合理性。     

拱桥上无缝线路计算软件开发及应用

根据梁轨相互作用原理并结合拱桥上无缝线路的结构特点,建立了上承、中承、下承式拱桥上无缝线路的线桥墩一体化计算模型,采用ANSYS和FORTRAN语言相结合的方式,编制了拱桥上无缝线路通用计算软件ABCWR。以一普通桥梁为例进行了验证,计算结果符合桥上无缝线路基本原理。ABCWR可对桥上无缝线路的伸缩力、挠曲力、制动力及梁轨相对位移、墩台纵向力及位移进行计算分析,可用于铁路上各种拱桥和普通桥上无缝线路的设计和计算。     

梁体温差对桥上无砟轨道横向稳定性影响研究

随着桥上无缝线路在运营中出现各种病害,桥上无砟轨道的横向稳定性问题越来越引起重视。基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道横向稳定性分析模型,分别计算分析梁体在均匀温度和双向温度梯度下对无砟轨道结构横向变形的影响,有益于进一步深入研究桥上无砟轨道的横向变形机理。结果表明:与均匀温度荷载相比,双向温度梯度荷载对无砟轨道结构横向变形影响相对较小,但对钢轨轨距的影响较大,桥上无砟轨道结构的横向稳定性受梁体伸缩附加力与梁体几何形变的共同影响。因此建议在设计桥上无缝线路时,无论考虑哪种梁体温差荷载,都需要对桥上无砟轨道结构的横向稳定性进行检算。     

大跨斜拉桥上无缝线路纵向力的变化规律研究

研究目的:大跨度斜拉桥结构复杂,为"塔-索-梁"空间组合结构,铺设无缝线路后,在荷载作用下,会形成"塔-索-梁-轨"耦合作用体系,其无缝线路力学传递机理极为复杂。以安庆长江大桥为例,通过建立大跨度钢桁梁斜拉桥上无缝线路"塔-索-梁-轨"空间耦合计算模型,分析不同体系温差、斜拉索修正弹性模量、纵向阻力模型及小阻力扣件的影响,为大跨度斜拉桥上无缝线路设计提供理论依据。研究结论:研究结果表明,随着斜拉桥体系温差变化幅度增大,钢轨伸缩附加力明显增加;斜拉索弹性模量修正与否对伸缩力和制动力影响较小,而对挠曲力影响较大;采用不同纵向阻力模型,伸缩力计算结果相差不大,挠曲力和制动力计算结果有较大差别;采用小阻力扣件可降低无缝线路纵向附加力,且应结合工程造价优先考虑在斜拉桥边跨和两侧引桥上铺设小阻力扣件方案。     

大跨度连续梁支座布置对桥上无缝线路钢轨附加力的影响分析

桥梁的温度跨度是影响桥上无缝线路附加力的最重要的因素之一,合理的布置桥梁支座可以有效地减小钢轨伸缩力。综合考虑钢轨、轨枕、扣件、道床及梁跨结构相互作用,建立了连续梁桥上无缝线路梁-轨相互作用模型,重点分析了桥梁支座布置对钢轨伸缩力的影响,通过计算,优化桥梁支座布置形式,减小了钢轨附加力,对桥上无缝线路的设计有一定的指导意义。     

有轨电车小半径曲线连续钢梁桥上无缝线路布置及其伸缩工况

为研究有轨电车小半径曲线连续钢梁桥上铺设无缝线路，利用有限元法建立轨道-桥梁曲线线型相互作用模型，分别对有缝线路布置、不设钢轨伸缩调节器无缝线路布置、设钢轨伸缩调节器无缝线路布置进行了降温伸缩工况计算。研究结果表明：有缝线路轨缝在大跨度桥梁梁端较难协调桥梁伸缩位移，轨缝存在夏季顶死、冬季拉大的病害；不设钢轨伸缩调节器的无缝线路导致曲线连续梁桥墩承受较大的钢轨温度力径向分力，曲线与直线线型衔接处存在轨向不平顺；设钢轨伸缩调节器的无缝线路通过钢轨伸缩调节器释放了钢轨温度力，桥墩承受的钢轨温度力径向分力较小。考虑到梁轨的纵向和横向耦合作用，采用曲线线型建立计算模型较为符合实际工况。     

桥上无缝线路附加力计算模型研究

有碴桥上无缝线路采用小阻力扣件，在梁轨相对约束的条件下，钢轨、轨枕及梁跨结构三者之间将产生较明显的相对位移，以往的计算模型没有考虑轨枕和钢轨相对位移的影响，与有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路工况存在较大偏差．为此，建立了一种能综合考虑钢轨、轨枕、梁体三者相互作用的有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路附加力计算力学模型，给出了算例，对不同扣件纵向阻力工况下计算结果进行了对比．结果表明：扣件阻力明显影响钢轨及墩台附加力的变化，扣件阻力较小时，作用在墩台上及钢轨上的附加力变化较快，扣件阻力较大时，变化较慢；墩台刚度不同，则作用在墩台上及钢轨上各种附加力随扣件阻力的变化规律也有很大差别．     

温度梯度对高墩桥上无缝线路的影响分析

为研究温度对高墩大跨桥上无缝线路的影响,基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立线—桥—墩一体化模型,计算高墩大跨桥梁桥墩受到纵向和横向温度梯度荷载时钢轨的纵向力和梁轨相对位移。计算结果表明:桥墩受到纵向温度梯度荷载时钢轨受到的最大压力为523.09 kN,与最大附加伸缩力值584.95 kN接近,纵向温度荷载对桥上无缝线路的影响近似等同于附加伸缩力,在设计桥上无缝线路时必须予以考虑;横向温度梯度荷载对桥梁本身的影响较小,在设计中可以通过安全系数予以控制,在设计中可忽略。分析温度荷载对高墩桥上无缝线路的影响,对于桥梁的安全设计和保证桥上无缝线路的稳定状态均具有一定的指导意义。     

连续梁桥上无缝线路附加力研究

以往对钢轨、轨枕及梁跨结构三者之间产生相对位移的计算模型,没有考虑轨枕位移的影响。在吸收国内外研究成果的基础上,建立了考虑钢轨、轨枕、梁体相互作用的连续梁桥上无缝线路梁、轨相互作用力学模型,并用该模型分析连续梁桥上无缝线路附加力分布规律,对两种力学模型计算结果进行对比。结果表明,挠曲附加力及断轨力受扣件阻力影响很大,降低幅度最多,伸缩附加力受扣件阻力影响小些,降低幅度次之;制动附加与扣件阻力关系不大,钢轨断缝值受扣件阻力影响很大,降低扣件阻力将导致断缝增大。     

铁路桥梁墩台刚度对无缝线路的影响

基于梁轨相互作用原理,采用有限元方法建立线-桥-墩一体化计算模型,以多跨简支梁和连续梁为例,分析不同墩台刚度对桥上无缝线路计算的影响。计算结果表明:钢轨伸缩力与伸缩位移、墩台纵向力均随着墩台纵向水平刚度的增大而增大,但增加幅度逐渐减缓;墩台自身的纵向水平位移会改变梁轨系统的纵向受力情况,当桥梁墩台自身位移较大时,应在桥上无缝线路纵向力计算中考虑其作用;钢轨挠曲力随着墩台刚度增大而增大,桥墩纵向水平刚度对钢轨制动力及梁轨相对位移的影响较为明显,应据此设定其对墩台最小水平刚度的限值;墩台刚度越大,钢轨断缝值越小。为满足断缝值不超限,桥梁墩台设计时应合理确定其纵向水平刚度值。     

连续梁桥上无缝线路伸缩附加力的研究

通过对梁轨相互作用原理及伸缩附加力分布规律的研究,考虑连续梁中部存在一段梁轨位移相等点的情况,建立新的伸缩附加力计算模型,并用Levenberg-Marquardt算法进行求解、分析。从桥上无缝线路的理论、客观事物规律及工程应用的角度,解释、分析出现附加力平台的现象。