大跨度铁路连续梁-拱组合桥与无缝线路相互作用研究

研究大跨度铁路连续梁-拱组合桥与无缝线路的相互作用问题,采用非线性弹簧单元模拟梁轨接触,以某桥(82.9+172+82.9)m连续梁拱桥为例,建立考虑拱肋、横撑、斜撑、吊杆、主梁、轨道以及相邻路基梁轨相互作用模型,系统分析温度荷载、活载、制动力、风荷载、混凝土收缩徐变、支座不均匀沉降作用下连续梁-拱桥无缝线路纵向力的分布规律。研究结果表明:钢轨在跨中位置对梁体升温敏感程度大于梁端位置;单线活载与制动或牵引作用下,钢轨应力在中间加载时比左、右侧加载大;纵向风力达到1 k N/m以上的地区,须考虑风荷载的影响;同时,混凝土收缩徐变在降温荷载工况下,对钢轨应力有不利影响;支座沉降作用下,钢轨最大应力为4.9 MPa,设计时应予以考虑。     

岔桥相对位置对桥上无缝道岔受力和变形的影响

为了进一步研究桥上无缝道岔受力和变形的特点,通过建立"岔-桥-墩"纵向相互作用一体化计算模型,分析道岔与桥梁的相对位置对钢轨、道岔、墩台等结构部件受力及变形的影响.经计算分析表明,随着道岔头部距连续梁桥左端梁缝距离的增大,基本轨伸缩附加力、伸缩位移、桥墩所受纵向力减小,翼轨末端间隔铁承受的纵向力增大;尖轨跟端限位器所承受的纵向力、尖轨与心轨相对于岔枕的纵向位移,并不随道岔头部距梁端的距离呈单向变化,只有当道岔头尾距离梁端在一定合适位置时,才能确保限位器受力、尖轨与心轨相对于岔枕的纵向位移最小.     

大跨度拱桥上无缝线路纵向力分布规律研究

拱桥在我国高速铁路中应用日益广泛，而不同形式大跨度拱桥上无缝线路纵向力分布规律仍有待探明。以112 m提篮拱桥、140 m钢箱系杆拱桥、(24+160+24)m系杆拱桥及(52+382+52)m钢箱拱桥4种不同形式拱桥为例，建立考虑轨道、梁体、吊杆和拱肋的拱桥-轨道系统精细化仿真模型，深入分析钢轨伸缩调节器对纵向力的影响，揭示复杂温度、竖向活载、列车制动及地震作用下大跨度拱桥与轨道相互作用规律，探讨加载历史对拱桥-轨道系统受力特性的影响。研究结果表明，在温度荷载、竖向活载、列车制动和纵向地震作用下，钢轨应力极值均出现在梁端附近，在梁端设置钢轨伸缩调节器能有效降低钢轨应力；与挠曲力、制动力相比，梁体温度变化引起的伸缩力为主要控制性荷载，吊杆和拱肋的温度变化对拱桥上钢轨纵向力影响较小；地震作用下梁端附近钢轨应力极值达到635.5 MPa;检算墩顶水平力时，应采用考虑加载历史影响的分析方法，计算结果更安全。     

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。     

偏载工况下多线大跨系杆拱连续梁桥梁轨相互作用

为研究偏载工况对大跨度桥梁与多线轨道相互作用的影响,以某4线(77+3×156.8+77)m钢管混凝土系杆拱-预应力混凝土连续梁组合结构桥梁为例,采用带有刚臂的梁单元模拟主梁,用带组合截面信息的梁单元模拟钢管混凝土拱肋,用非线性杆单元模拟线路纵向阻力,建立可考虑吊杆、支座和轨道空间位置,以及钢轨伸缩调节器影响的大跨度系杆拱连续梁桥与多线轨道相互作用空间分析模型。在此基础上,研究多线活载(挠曲和制动)偏载工况下,钢轨纵向力的分布情况,以及墩顶所受水平力和扭矩。研究结果表明:由于主梁刚度较大,有载与无载线路间相互影响较小;竖向活载作用下,有载和无载线路挠曲力相仿;重载线路侧双线列车逆向制动时,在本桥墩顶产生的扭矩可超过8 000 k N·m,在墩台设计时应予以考虑。     

(48+80+48)m连续梁桥与轨道系统地震响应规律研究

为研究高速铁路连续梁桥-轨道系统地震响应规律,采用非线性弹簧模拟线路纵向阻力,建立考虑轨道及下部结构的(48+80+48)m连续梁桥-轨道系统仿真模型,分析温度、活载和制动作用下桥上无缝线路梁轨相互作用纵向力分布规律,在此基础上,研究地震作用下连续梁桥-轨道系统动力响应特性。研究表明:温度、活载及列车制动作用下梁轨相对位移、钢轨应力等均在桥台附近取得极大值,地震频谱特性对梁轨系统动力响应有很大的影响。     

桥墩纵向水平刚度对桥上无缝道岔的影响

为了进一步研究桥上无缝道岔,通过计算,分析桥墩纵向水平刚度在连续梁桥上对钢轨、道岔、墩台等结构部件受力及变形的影响。本文采用ANSYS软件建立桥上无缝道岔的岔—桥—墩纵向相互作用一体化模型,并进行力学分析。研究结果是:随着连续梁桥桥墩刚度的增大,基本轨伸缩附加力减小,连续梁桥墩的纵向力增大;增大连续梁桥墩纵向水平刚度对铺设于其上的无缝道岔的受力与变形是有利的。     

系杆拱连续梁桥-多线轨道互制分析的荷载步法

为研究考虑加载历史的桥梁-多线轨道系统受力特性，通过推导考虑加载历史的线路纵向阻力迭代公式并以某(77+3×156.8+77) m系杆拱连续梁桥为例，建立考虑钢管混凝土拱、吊杆、梁体、桥墩、桩基、多线轨道的大跨度系杆拱连续梁桥一体化有限元模型，分析加载历史对系杆拱连续梁桥-轨道系统受力影响及结构检算结果。结果表明：代数求和算法计算钢轨应力峰值偏大61.9%,墩顶水平力偏大74.0%,考虑温度效应须同时对钢轨、梁体和拱施加温度荷载；挠曲工况下双线同向加载时墩顶水平力为1 058.2 kN,双线对向加载时墩顶扭矩为4 193.6 kN·m;计算温度制挠力时，代数求和算法计算钢轨应力较荷载步法偏大7%,墩顶水平力偏大8%～27%,设计不经济；代数求和算法计算墩顶扭矩与荷载步法最大偏差可达51.3%。     

连续梁桥上有轨电车嵌入式轨道伸缩力分析

为研究连续梁桥上有轨电车嵌入式轨道结构在温度荷载作用下的受力变形特性及影响因素,采用线性弹簧模拟梁轨相互作用,建立嵌入式轨道-桥-墩一体化有限元计算模型。以实际工况为例,确定伸缩工况下合理的连续梁两侧简支梁跨数,并探讨梁体温差、高分子材料纵向阻力、小阻力高分子材料铺设范围和桥梁支座布置方案对轨道结构伸缩受力和变形分布规律的影响。研究结果表明:对于多联连续梁桥,当计算伸缩工况时,可取连续梁两侧各5跨简支梁作为边界条件;随着高分子材料纵向阻力的增加,伸缩力逐渐增大,而轨板相对位移逐渐减小,故在设计嵌入式轨道桥上无缝线路时,应综合考虑轨道结构受力和变形的要求;针对本文工况,当从减小钢轨附加伸缩力的角度考虑时,应该选择在连续梁桥左边跨和相邻一跨简支梁上铺设小阻力高分子材料;当桥梁温度跨度较大时,可将连续梁相邻一跨简支梁的固定支座放置在连续梁桥的边墩处,从而使得连续梁桥温度跨度减小。     

重载铁路非等跨简支梁桥上无缝线路纵向力研究

为研究重载铁路非等跨简支梁桥上无缝线路纵向力的分布规律,建立6-32 m+40 m+6-32 m(30 t轴重)重载铁路简支T梁与轨道相互作用有限元模型,与13-32 m简支梁桥相对比,研究温度、竖向活载、列车制动及地震作用下系统的受力和变形特征,探讨非等跨简支梁(40 m简支梁)对系统的影响规律。研究表明,各类荷载作用下,钢轨应力峰值多集中在各简支梁相接处及跨中位置;地震作用下,钢轨和墩底承受着极大的纵向力;非等跨简支梁桥对伸缩力和挠曲力影响较大,将使钢轨伸缩拉应力增大70%、钢轨挠曲应力增大50%、部分桥墩墩顶挠曲力增大50%;非等跨简支梁桥对制动力和地震力影响较小。     

桥墩纵向水平线刚度对桥上无缝线路设计的影响

桥墩纵向水平线刚度是桥梁和无缝线路设计的关键技术参数,桥上无缝线路钢轨与墩台纵向力的分配以及梁、轨位移的大小很大程度上取决于桥墩纵向水平线刚度。结合工程实际,以客运专线常见的60 m 100 m 60m连续梁为例,分析桥墩纵向线刚度对钢轨、墩台纵向力及梁、轨位移的影响规律。     

连续梁桥典型变形对轨道几何形位演变的影响

研究目的:连续梁桥变形引起的轨道几何形位演变直接影响线路运营速度和行车安全。轨道几何形位演变的有效防控是保证轨道平顺性的核心关键。以考虑两侧简支梁引桥及路基影响的3跨连续梁桥为研究对象,基于作者已建立的连续梁桥典型变形引起轨道几何形位改变的映射解析计算模型,定量化研究桥墩沉降,梁端横、竖向转角及梁体横、竖向错台等典型变形对CRTSⅡ型板式无砟轨道结构轨道几何形位改变的影响,并提出钢轨变形防控措施。研究结论:(1)钢轨变形量与连续梁桥变形幅值呈正比,具有明显"跟随性";(2)连续梁桥变形导致较大扣件力集中在梁缝处;(3)无论是桥墩沉降、梁端转角还是梁体错台,都会使在桥梁变形区域边界处的钢轨产生"上翘"的现象,且"上翘"值与桥梁变形幅值呈正相关,合理控制变形区域边界处的钢轨上翘,可保证线路高效安全运营;(4)本研究结论可为防治轨道几何形位演变提供理论依据。     

简支梁桥上纵连板式轨道无缝道岔温度力研究

桥上纵连板式轨道借助底座板的纵连解决梁端转角对轨道结构的不利影响,通过设置滑动层来削弱梁轨相互作用,这种设计思想对桥上铺设无缝道岔具有积极的借鉴意义.基于梁轨相互作用原理和有限元方法,采用梁单元和弹簧单元模拟各结构层,建立桥上纵连板式轨道无缝道岔纵向力计算模型,对多跨简支梁桥进行温度力计算,分析轨道板和底座板伸缩刚度变化、滑动层摩擦系数的影响.     

长联大跨桥梁无缝线路力学特性与结构设计

随着桥梁跨度、联长的不断增加,复杂的梁轨相互作用给桥上无缝线路设计带来了巨大挑战。本文在总结桥上无缝线路计算理论和求解模型的基础上,以某长联大跨桥上无缝线路为例,对其力学特性和结构设计进行了系统研究。研究表明:(1)长联大跨桥上无缝线路纵向附加力较大,钢轨强度往往难以满足规范要求;(2)梁端设置伸缩调节器,可有效减小梁轨相互作用,放散钢轨纵向力;(3)梁端设置抬枕装置可有效缓解梁缝增大导致的轨道刚度不均匀问题,需与伸缩调节器配套使用;(4)长联大跨桥上轨道设置健康监测系统十分必要。     

多线预应力混凝土斜拉桥上无缝线路纵向受力与变形

为探讨大跨度斜拉桥上无缝线路纵向受力与变形规律,以一座多线预应力混凝土斜拉桥为例,采用有限元法建立了"塔-索-梁-轨"空间耦合有限元模型,分析了温度荷载、列车荷载以及制动荷载对桥上无缝线路纵向受力与变形的影响。结果表明:当桥塔温度变化时,钢轨伸缩力、钢轨纵向位移和桥梁的纵向位移均无明显变化,钢轨伸缩力最大幅值出现在连续梁两部,并在简支梁梁缝处出现峰值;在列车荷载作用下,各条线路的钢轨挠曲力和钢轨纵向位移随着距加载线路距离的增大而逐渐减小,钢轨挠曲力最大幅值出现在连续梁端部;在制动荷载作用下,钢轨制动力最大幅值出现在连续梁端部,并在加载的起点与终点出现峰值突变,加载的起点或终点与连续梁端部重合时为最不利位置。研究结果可为大跨度斜拉桥上无缝线路设计提供理论参考。     

大跨度钢桁梁柔性拱桥明桥面无缝线路计算分析

以某在建大跨度钢桁梁柔性拱桥为研究对象,运用梁轨相互作用原理,采用有限元方法建立桥上无缝线路计算模型,提出4种扣件铺设方案并分析其梁轨相互作用。结果表明:(1)对于明桥面无缝线路,桥梁温度跨度和扣件纵向阻力是影响无缝线路纵向力的决定性因素,大跨度钢桁梁柔性拱桥的纵梁体系对无缝线路纵向力的影响有限。(2)若不设置钢轨伸缩调节器,无缝线路钢轨强度检算不能满足规范要求。(3)应根据桥梁梁端最大伸缩位移,选择相应的梁端伸缩装置和钢轨伸缩调节器。     

采用小阻力扣件的单线连续梁桥墩纵向刚度限值研究

基于梁轨相互作用原理,建立桥上无缝线路线桥墩一体化模型,研究主桥铺设小阻力扣件下单线连续梁桥墩纵向水平刚度的限值。研究结果表明:在主桥铺设小阻力扣件下,钢轨伸缩附加应力最大值与连续梁温度跨度及桥墩刚度近似呈线性关系;轨道结构稳定性和钢轨断缝对桥墩刚度限值均不起控制作用,桥墩刚度限值仅由钢轨强度控制;连续梁温度跨度较大时,桥墩刚度限值与温度跨度近似呈线性关系,对于温度跨度为240 m的连续梁,轨温变化幅度为50℃、40℃和30℃时,连续梁固定支座处桥墩刚度限值分别为1 282、522、226 k N/(cm·线)。     

长联大跨连续梁桥无缝线路布置方案

西安机场线渭河特大桥采用长联大跨连续梁,主桥连续梁联长900 m,最大温度跨度715 m,具有温度跨度大且多跨连续梁相接的特点,需合理设计无缝线路。针对该工况提出5个无缝线路布置方案,采用有限单元法进行无缝线路附加力计算,从钢轨强度、桥墩受力两方面进行方案比选后,现场调研国铁类似工况,确定最终推荐方案。得出结论:(50+8×100+50)m连续梁两侧梁端布置单向钢轨伸缩调节器,满足钢轨强度检算的要求且能有效减小相邻连续梁固定墩受力,无需布置双向钢轨伸缩调节器。