朔黄铁路庄里滹沱河大桥桥面无缝线路设计研究

基于有限元分析软件,以朔黄铁路庄里滹沱河大桥桥面无缝线路设计为例,用两种设计方法对线路的钢轨强度、稳定性、断缝值等进行检算,以便判断是否可以取消既有的伸缩调节器。结果表明:无缝线路桥上连续梁钢轨最大伸缩附加力位于5号墩处;全桥采用常阻力扣件,不设钢轨伸缩调节器,钢轨强度检算的应力超过钢轨容许应力;桥上部分地段铺设小阻力扣件,其强度、稳定性以及断缝的检算均符合要求,即既有桥上钢轨伸缩调节器可以取消。     

大跨度连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道伸缩附加力的影响因素分析

建立连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力计算模型和求解方法,分析滑动层摩擦系数、底座板伸缩刚度和扣件纵向阻力对大跨度连续梁桥上伸缩附加力的影响.结果表明:降低滑动层摩擦系数和扣件纵向阻力可以减小钢轨和底座板伸缩附加力,增加底座板伸缩刚度可以减小钢轨和桥梁墩台伸缩附加力.     

刚构桥上无砟轨道无缝线路病害研究

为分析某刚构桥两端CRTSⅠ型框架型板式无砟轨道无缝线路扣件复合垫板窜出、半圆形凸形挡台与底座连接处拉裂以及半圆形凸形挡台周围填充树脂与轨道板产生较大离缝等病害,基于桥上无砟轨道无缝线路受力特点,采用有限元的方法建立线-板-桥-墩一体化计算模型,分析树脂强度、桥上铺设小阻力扣件以及设置钢轨伸缩调节器对轨道结构受力和变形的影响。结果表明:刚构桥两端扣件复合垫板窜出主要是由于采用小阻力扣件时,桥梁两端位置处的钢轨与轨道板的相对位移过大所致;半圆形凸形挡台与底座连接处拉裂、树脂大离缝等病害主要是因为在扣件纵向阻力过大以及树脂层的强度未达到设计强度,钢轨与桥梁温度变化使凸形挡台周围树脂层受力过大所致;桥上采用小阻力扣件时应该研究其铺设范围以期达到既能降低钢轨伸缩附加力又不显著增加钢轨与轨道板的相对位移。     

客货共线大跨度简支钢桁梁桥梁轨相互作用

以黄韩侯铁路上某156m大跨度简支钢桁梁桥为背景,采用理想弹塑性道床阻力模型,建立了轨-梁-墩一体化空间有限元模型,对钢桁梁桥上钢轨伸缩力、挠曲力、制动力以及断轨力分布规律进行了分析,探讨了相邻简支梁支座布置、桥墩顶纵向刚度、小阻力扣件布置等设计参数对钢轨纵向力的影响.研究表明:钢轨伸缩力为主要控制性荷载;相邻简支梁宜采用与钢桁梁相同方向的支座布置方式;随墩顶刚度的增加,钢桁梁桥上钢轨伸缩力和挠曲力增大,制动力减小;在钢桁梁桥上采用小阻力扣件即可以减小约36%的钢轨伸缩力.     

市域铁路无砟轨道简支梁桥墩纵向刚度合理限值

基于梁-轨相互作用理论建立线-板-桥-墩空间耦合模型,研究了无砟轨道简支梁桥墩纵向刚度对钢轨附加力及断缝值的影响,给出了市域铁路简支梁桥墩纵向刚度限值的控制因素及合理值．结果表明：增大桥墩纵向刚度可减小钢轨附加总应力和梁-轨相对位移,不同于有砟轨道简支梁桥,市域铁路无砟轨道简支梁桥墩纵向刚度限值由钢轨强度控制;建议24,32,48 m简支梁桥上铺设U71Mn钢轨和常阻力扣件,温暖区域桥墩刚度限值分别取5,6和15 MN/m,寒冷区域取5,12和54 MN/m;64 m和80 m简支梁上铺设U75V钢轨和常阻力扣件,温暖区域刚度限值分别取22 MN/m和70 MN/m,寒冷区域取84 MN/m和240 MN/m;当寒冷区域80 m简支梁桥两侧梁端铺设小阻力扣件时,桥墩刚度限值可减小至84 MN/m.     

多跨简支梁桥上无砟轨道无缝线路受力研究

为研究多跨简支梁桥上不同无砟轨道对应无缝线路的受力特点,基于梁轨相互作用原理推导了可以考虑非线性阻力的多跨简支梁梁轨相互作用公式,并与有限元法进行了对比.分别建立了32 m标准跨度简支梁桥上不同无砟轨道模型,分析对比了实测温度荷载与制挠力耦合作用下各无砟轨道对应的无缝线路受力规律,同时探讨了简支梁跨数墩顶刚度以及扣件阻力等结构参数的影响.结果表明:对于32 m标准跨度简支梁,随着简支梁跨数的增加,钢轨附加应力最大值趋于稳定,且稳定时的最大值均小于规范限值,对于铺设无砟轨道的简支梁桥,其跨数不受钢轨附加应力限制;对于单元板式及双块式无砟轨道,当墩顶纵向刚度大于2 000 kN/cm时,墩顶刚度的变化对其钢轨附加应力的影响很小;多跨简支梁桥上无砟轨道不建议采用小阻力扣件.     

大跨度桥梁与无砟轨道的纵向作用力

采用有限单元法建立了"钢轨—底座板—桥梁—墩台"空间一体化模型,分析了列车制动和桥梁伸缩作用下,某75 m+135 m+75 m连续梁桥与轨道的纵向作用力.结果表明:钢轨、底座板、桥梁墩台与固结机构的制动力随着连续梁上制动力作用范围增加而非线性增大,其中桥梁墩台制动力最大,达3 094.99 k N;钢轨、底座板、桥梁墩台、固结机构伸缩力均随着滑动层摩擦因素增大同步增大,其中底座板纵向力最大,达900.13 k N.     

基于扣件阻力试验的高速铁路桥上无缝线路纵向力研究

通过试验得到随竖向荷载变化的小阻力扣件纵向阻力模型,基于有限元法和梁-轨相互作用理论建立CRTSⅠ型双块式无砟轨道-桥梁相互作用分析模型,采用考虑竖向荷载对扣件影响的点荷载模式模拟列车竖向荷载和制动荷载,得到列车竖向荷载、制动荷载作用下的无缝线路纵向力;并分析荷载布置方式、扣件纵向阻力模型和荷载模式等设计参数对钢轨纵向力的影响。研究结果表明:扣件在竖向有载情况下,随着竖向荷载增加,纵向阻力基本呈线性增长;扣件纵向阻力可取扣件竖向力与摩阻系数乘积,小阻力扣件摩阻系数偏安全取0.19;列车荷载作用下,同一转向架下2轮对影响范围可按8个扣件考虑,扣件分担荷载可取竖向荷载与扣件荷载分担比乘积;荷载布置方式对钢轨纵向力有一定影响,2种不同扣件纵向阻力模型计算的钢轨纵向力差别不大,ZK活载作用下的钢轨纵向力将轴重作用下的钢轨纵向力完全包络,对于高速铁路客运专线简支梁桥,列车荷载发展系数范围为2.36～3.33。     

近断层脉冲型地震作用下高速铁路桥梁-轨道系统响应分析

为了研究在近断层脉冲型地震作用下高速铁路桥梁-轨道系统的动力响应规律,针对高速铁路线上最常用的简支梁形式结构,以某8×32.7 m高速铁路简支箱梁桥为例.建立了考虑简支梁与CRTS Ⅰ型板式无砟轨道之间相互作用的桥梁-轨道模型,讨论了具有破裂前方脉冲、滑冲脉冲、无脉冲型近断层地震动对桥梁-轨道系统的影响及扣件阻力改变时桥梁-轨道系统动力响应的变化.结果表明:三种脉冲类型地震动作用下钢轨的受力和变形规律保持一致,脉冲型地震动较无脉冲型地震动增加了约20％钢轨应力和位移.相对于轨道系统,桥墩对脉冲类型更为敏感,在破裂前方脉冲和滑冲脉冲地震作用下,桥墩的墩顶最大位移比无脉冲地震动分别增大了106.6％和148.6％,墩底弯矩和剪力也有明显增大,在进行高速铁路桥梁抗震设计时应考虑脉冲类型对桥梁结构的影响.扣件纵向阻力从5 kN/组增大到15 kN/组时,墩顶最大位移降低了10％,但钢轨应力和位移峰值约为原来的2倍.     

刚构桥矩形空心-双薄壁组合桥墩纵向刚度研究

针对矩形空心-双薄壁组合桥墩纵向刚度的设计方法尚不完善的问题,提出一种基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论的矩形空心-双薄壁组合桥墩纵向刚度确定方法.首先,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论建立考虑桥轨关系和轮轨关系的列车-轨道-桥梁动力相互作用模型,在此基础上完善钢轨多种附加应力的计算方法;然后,考虑桥墩刚度对扣件上拔力和墩顶纵向位移的影响,以重庆地铁实际工程为例,确定轨道桥矩形空心-双薄壁组合桥墩纵向刚度.研究表明:提出的组合桥墩纵向刚度研究方法可有效用于求解钢轨应力及确定桥墩合理纵向刚度;钢轨底部边缘动弯曲应力和温度应力未随桥墩纵向刚度而变化,而钢轨伸缩应力对桥墩刚度变化最为敏感;桥墩纵向刚度对扣件上拔力以及墩顶纵向位移均有明显影响;对于所研究的矩形空心-双薄壁组合桥墩,其墩底尺寸建议不小于7.4 m,此时刚构桥墩的合成线刚度为61.4 MN/m.     

高铁大跨度连续梁桥上无砟轨道断板受力研究

为探明高速铁路大跨度连续梁桥上CRTSII型板式无砟轨道断板工况下受力特性,基于梁轨相互作用原理,采用有限元软件MIDAS建立了钢轨-轨道板-底座板-梁体-桥墩空间一体化纵向力计算模型,选取跨径(60.75+3×100+60.75)m的沪昆客运专线长玉段涟水大跨连续梁桥工程实例,研究计算了断板工况下桥上各层轨道结构相对位移,以及纵向附加力的分布和传递规律.结果表明:连续梁右端处,轨道板和底座板最有可能断裂;断缝处钢轨附加拉应力最大,其值足以引起断轨;断缝处钢轨-轨道板相对位移较大,钢轨扣件将会进入塑性状态而被拉断;断缝处及连续梁固结机构处轨道板-底座板相对位移较大,位移量足以导致CA砂浆层与轨道板结合失效;断缝两侧固结机构处剪力钢筋承受附加力较大,剪力筋会被剪断;轨道结构超过70%的纵向反力由左右两侧端刺承担.     

千米级主跨斜拉桥无缝线路受力与变形特性研究

与普通简支梁桥和连续梁桥相比,千米级主跨斜拉桥上的无缝线路受力与变形更为复杂.在充分考虑梁轨间的相互作用原理基础上,建立了无缝线路-梁-索-塔-墩空间耦合有限元模型,分析了千米级主跨斜拉桥上无缝线路的受力与变形特性.结果表明:千米级主跨斜拉桥温度跨度大,梁体温度变化会导致产生较大的伸缩附加力;主塔与斜拉索温度变化对于伸缩附加力影响不大;相比于铁路荷载单独作用,公铁荷载共同作用会使桥上无缝线路挠曲附加力大幅增加,其引起的轨道不平顺值满足规范要求;桥上铺设常阻力或小阻力扣件时,钢轨强度和稳定性不能满足规范要求,需在主梁两端铺设钢轨伸缩调节器;由桥梁温度变化及制动荷载引起的伸缩总量近700mm,考虑其他不利因素的影响,建议选用±900mm及以上伸缩调节器结构.     

相邻桥跨对大跨钢桁梁桥-轨道系统的影响

采用非线性弹簧模拟无缝线路纵向阻力,用带刚臂的梁单元模拟梁体,以黄韩侯铁路线上某156 m简支钢桁梁桥为例,分析相邻桥跨结构对大跨度简支钢桁梁桥上无缝线路纵向力分布规律的影响,提出相关参数的取值建议.研究表明:分析大跨简支钢桁梁桥上无缝线路纵向力时,两侧的多跨简支梁在下部结构纵向刚度相差较小的情况下可按6跨进行简化;与32 m标准跨度相比,相邻简支梁跨度为24 m时固定端伸缩力降低了9%,40 m时固定端伸缩力增大了7%;相邻桥跨为大跨连续梁时,钢桁梁固定端伸缩力增大了2.2倍,全桥伸缩压应力最大值增大了12%;在连续梁与钢桁梁之间布置1跨或2跨简支梁可大幅降低钢桁梁固定端的钢轨应力;在钢桁梁桥上设置小阻力扣件可使伸缩工况下钢桁梁的钢轨应力最大值和桥墩水平力显著减小.     

铁路上承式拱桥上无缝线路断缝影响因素

运用梁轨相互作用原理,建立上承式拱桥上无缝线路断缝计算力学模型.以一座单线铁路上承式拱桥为例,分析桥梁结构、墩台刚度及股道数等因素对钢轨断缝的影响.结果表明:拱肋温差越大,钢轨断缝越大,断缝与拱肋温差近似呈线性关系;拱肋截面刚度越小、立柱墩刚度越大,钢轨断缝较大;断轨在桥上不同位置的钢轨断缝差别较大,在拱桥跨中附近断轨时,钢轨断缝达到最小;此外,小阻力扣件的铺设和桥上股道数均对断缝有不同程度的影响;采用公式法会低估钢轨断缝,建议采用梁轨相互作用法计算上承式拱桥上钢轨断缝.     

大跨度重载铁路连续梁桥的小阻力扣件适应性

为研究小阻力扣件布置方案对重载铁路连续梁桥上无缝线路纵向力分布规律的影响,采用一种经过验证的梁轨相互作用分析方法,建立考虑相邻多跨简支梁结构的30 t轴重重载铁路(60+100+60)m连续梁桥-桥上无缝线路的一体化空间有限元模型.在此基础上,对多种小阻力扣件方案进行比选,探讨了扣件阻力、下部结构刚度、荷载模式、制动力率等设计参数的影响.研究结果表明:仅在连续梁范围内铺设小阻力扣件,可在保证钢轨应力和墩顶水平力均较小的同时减小钢轨断缝值;小阻力扣件纵向阻力取值对钢轨应力的影响可达11.2%;在连续梁范围内铺设小阻力扣件后,梁轨快速相对位移成为主要控制性指标,100 m跨重载连续梁桥制动墩顶纵向刚度限值为3000 k N/cm;荷载模式和制动力率对梁轨相对位移影响较大,建议通过试验进一步明确重载列车的制动力率取值.     

大跨度连续梁桥与梁拱组合桥梁轨相互作用比较

为了比较大跨度铁路连续梁桥与梁拱组合桥梁轨相互作用特点,以(82.9+172.0+82.9)m连续梁桥与梁拱组合桥为例,分别建立考虑钢轨-主梁-桥墩-基础、钢轨-拱肋-吊杆-主梁-桥墩-基础这2种桥梁梁轨系统一体化有限元模型,系统对比温度、活载、制动力、混凝土收缩徐变等作用下连续梁桥与梁拱组合桥上无缝线路纵向力的分布规律,并对线路纵向阻力、钢轨伸缩调节器设置等参数的影响进行探讨。研究结果表明:采用德国规范与中国无缝线路规范中的纵向阻力模型,连续梁桥钢轨伸缩力最大值与梁拱组合桥的钢轨伸缩力最大值相比分别大2.3%和2.0%;连续梁桥有载侧和无载侧钢轨最不利挠曲应力与梁拱组合桥的无载侧钢轨最不利挠曲应力相比均大67.8%;温度与断轨位置对断轨力影响显著;2类桥梁钢轨应力在同向列车制动与桥梁收缩徐变作用下变化规律与大小基本一致;对下部结构,连续梁桥对梁体升温敏感程度比连续梁拱桥的大,在挠曲工况下,两者墩顶水平力最大差为176.1 k N。     

梁端无砟轨道扣件系统及钢轨的受力分析

采用梁轨一体化无砟轨道有限元模型,计算了不同梁端位移作用下扣件系统与钢轨的受力,得出:①梁端位移对扣件系统与钢轨的受力影响很大,设计中应引起足够的重视;②相比活动支座,固定支座对控制梁端扣件系统与钢轨受力更为有利;③同一墩台两侧粱发生不对称位移比发生对称位移时对无砟轨道梁端扣件系统与钢轨的受力影响更为显著.     

梁端无砟轨道扣件系统及钢轨的受力分析

采用梁轨一体化无砟轨道有限元模型,计算了不同梁端位移作用下扣件系统与钢轨的受力,得出:①梁端位移对扣件系统与钢轨的受力影响很大,设计中应引起足够的重视;②相比活动支座,固定支座对控制梁端扣件系统与钢轨受力更为有利;③同一墩台两侧梁发生不对称位移比发生对称位移时对无砟轨道梁端扣件系统与钢轨的受力影响更为显著。     

高速铁路斜拉桥上无缝线路断缝值研究

为探明斜拉桥上无缝线路钢轨断缝值的规律特点,采用一种可靠的非线性梁轨相互作用模拟方式,建立了塔-索-轨-梁-墩-桩一体化的斜拉桥有限元模型,以中国高速铁路线上某（32＋80＋112）m单塔斜拉桥为例,分析讨论了线路纵向阻力模型、斜拉桥纵向约束方式、断缝出现位置、列车活载以及主梁和拉索温度变化等因素对断缝值的影响,得出以下结论：可根据《铁路无缝线路设计规范》（送审稿）选取纵向阻力模型;塔梁刚结或以固定支座相连时可有效减小断缝值;断缝出现在桥塔处时,断缝值最小（1.0cm）,伸缩调节器应设置在桥塔处;制挠力及主梁温度变化对断缝值影响较大,分析时应予以考虑.     

曲线刚构桥上无缝线路附加纵向力研究

文章以桥上无缝线路梁轨相互作用原理为基础,建立以轨道、桥梁、支座、墩台和基础为整体结构的附加纵向力计算有限元模型,依据“对号入座”法则编制了计算曲线刚构桥上无缝线路的程序。计算曲线刚构桥附加伸缩力、挠曲力和断轨力。计算结果符合实际。