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.     

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.     

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.     

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.     

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。     

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.     

门式墩上高速铁路连续梁桥梁轨相互作用

采用非线性弹簧模拟梁轨接触,并用相关文献的试验数据对该模型进行了验证,在此基础上建立了考虑门式墩和桩基的高速铁路连续梁桥梁轨共同作用模型.以合福线上采用钢混组合门式墩结构的某连续梁桥为算例,比较了钢轨纵向力对不同下部结构的影响,探讨了纵向阻力模型、活载模式、梁柱节点刚度等因素对钢轨纵向力的影响.研究表明：门式墩梁柱节点刚度对轨道受力影响较小;采用门式墩支撑的连续梁桥的钢轨制动力将增大约22%,但其墩顶受力优于普通桥墩;当在风速较大的地区修建门式墩时,应考虑风荷载对钢轨纵向力的影响.     

千米级以上超大跨径桥上无缝线路梁轨相互作用分析及应用

千米级以上超大跨径桥梁已逐步应用于高速铁路建设,但桥上无缝线路更加复杂的梁轨相互作用给安全运营带来了新的挑战.温度作用下千米级以上超大跨径桥梁空间变形大,可能对其上无缝线路造成影响.常规分析模型无法充分体现温度对千米级以上超大跨径桥上无缝线路的影响.因此,以超大跨径公铁两用悬索桥为例,建立无缝线路-超大跨径桥梁空间耦合模型,不考虑风、车荷载的影响,分析温度作用下桥梁空间变形引起的梁轨相互作用变化规律.研究结果表明:由温度引起的钢轨纵向力除传统的基本温度力、伸缩附加力外,还包括温度作用下桥梁挠曲引起梁轨相对位移而产生的新附加力—"温度挠曲力".该力导致了梁轨相对位移及钢轨纵向力均发生了不同于普通桥上无缝线路的变化.在超大跨径桥上无缝线路中不存在传统意义上的"固定区",为此提出了有关"实际锁定轨温"测试与应用的新方法.可为千米级以上超大跨径桥上无缝线路的设计、建造及养护维修提供参考.     

桥上Ⅲ型板式无砟轨道纵向力计算模型简化

为简化大跨连续梁桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路纵向力计算模型,基于原有计算模型、连续梁桥受力特点及梁-板-轨相互作用原理提出简化的等截面计算模型,并将新的模型与原变截面模型分别在伸缩力、制动力及挠曲力工况下的计算结果进行对比分析.结果表明:简化模型与原模型在伸缩力和制动力工况下各结构纵向力与位移变化趋势基本一致,计算结果误差均不到1%,满足工程需要;简化模型与原模型挠曲力工况下计算结果相差很大,挠曲力工况下须根据连续梁实际截面参数进行建模计算;各轨道及桥梁结构挠曲受力与变形均很小且一般不作为设计检算指标.提出的简化模型其建模速度和计算效率可提高20%～40%.     

简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路优化分析

为分析有轨电车嵌入式轨道桥上无缝线路梁轨相互作用机理并获得最优参数组合,根据梁轨相互作用原理,建立了多跨简支梁桥上嵌入式轨道桥上无缝线路力学分析模型,采用正交试验方法研究钢轨类型、高分子材料纵向阻力、桥墩纵向刚度、桥台纵向刚度和桥梁跨数这5种因素对嵌入式轨道桥上无缝线路力学特性的影响.研究结果表明:采用小阻力高分子材料可明显减小钢轨附加作用力,但轨板相对位移和断缝值有较大增长;当高分子材料纵向阻力约为5.0×10~6 N/m时,轨板相对位移达到限值,高分子材料产生拉裂破坏;最佳简支梁桥上有轨电车嵌入式轨道无缝线路设计方案为钢轨类型60R2槽型轨、高分子材料纵向阻力2.0×10~7 N/m、桥墩纵向刚度3.0×10~7 N/m、桥台纵向刚度2.0×10~8 N/m,桥梁跨数根据实际工程而定.     

连续刚构桥上无缝线路计算模型及方法的简化

为简化连续刚构桥上无缝线路计算模型以及确定正确的简化计算方法,基于原有连续刚构桥上无缝线路计算模型、刚构桥受力特点及梁轨相互作用原理提出新的计算模型。以实际连续刚构桥为例,采用原有计算模型及本文提出的模型分别计算伸缩、制动、断轨及挠曲工况。研究结果表明:在伸缩及断轨工况下,可采用本文提出的简化模型进行计算;对于制动工况,当中支点截面与固结桥墩截面抗弯刚度比值大于4时,采用本文提出的简化模型计算的梁轨相对位移误差可控制在0.2 mm范围内;对伸缩、断轨及制动工况计算可以将变截面刚构桥简化为等截面桥进行简化计算,并且计算结果满足工程需要;对于挠曲工况,由于简化模型未考虑桥墩的偏转因此有较大的误差,因此挠曲工况计算必须采用可以考虑变截面梁及桥墩的整体模型进行计算。     

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.     

墩底沉降对桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道纵向力的影响

针对墩底沉降引起的桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向受力与变形问题,基于有限元法和梁-板-轨相互作用机理,建立多跨简支梁和大跨连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,研究各墩底均匀沉降及差异沉降条件下无砟轨道和桥梁结构纵向力与位移分布规律.结果表明:各墩底发生均匀沉降时,两侧桥台及相邻桥墩顶为薄弱位置,两种桥上轨道结构纵向力与位移最大值及其变化趋势基本一致,且随沉降量的增加而线性增大;各墩底发生差异沉降时,沉降值突变的相邻桥墩顶为薄弱位置,该处轨道结构纵向力与位移随着沉降差值的增加而明显增大;需严格把控长大梁桥墩底桩基础的施工质量,避免各墩底发生差异沉降;研究成果可为桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路设计改进及工程建设提供参考.     

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.     

滑移支座摩阻效应对高速铁路大跨度桥梁梁轨相互作用的影响

为了研究支座摩阻力对大跨度桥梁-轨道系统相互作用的影响,以高速铁路线上某大跨度钢桁拱桥为研究对象,建立钢轨-桥梁-墩台-基础一体化有限元模型,采用非线性弹簧模拟滑移支座,对计入支座摩阻效应前后、不同类型扣件下桥梁-轨道系统的各种纵向附加力开展对比研究。研究结果表明:滑移支座摩阻力对大跨度桥梁-轨道系统的伸缩附加力和断轨附加力有较大影响。计入支座摩阻效应后,钢轨的各项附加应力有所减小,各墩台附加水平力显著增加。随着摩阻系数μ增大,墩台附加力呈不断增大趋势,而钢轨附加应力和钢轨断缝值则趋于减小。采用普通扣件下摩阻系数为0.03,0.05和0.10时,钢轨最大伸缩应力分别为不计摩阻力时的92.7%,87.3%和71.8%,而固定墩墩顶附加力分别增大至2.1倍、2.8倍和4.4倍。计入支座摩阻力后,在不同摩擦因数下,采用小阻力扣件的钢轨附加应力与墩台附加水平力较普通扣件工况下差别不大,但断缝值均增大约20%。     

高架无缝线路设计中钢轨伸缩调节器设置条件研究

为消除和减少钢轨所承受的附加力,改善梁、轨相互作用,在大跨度桥或连续梁桥的活动端必须设置伸缩调节器。结合工程实例对城市轨道交通高架段无缝线路钢轨伸缩调节器的设置进行了研究和试验并提出了相关建议。     

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.     

多线铁路拱加劲连续梁桥上无缝线路梁格模型

以新建铁路成都至兰州线上某(36+112+36)m双线拱加劲连续梁桥为背景,采用理想弹塑性道床阻力模型,建立轨-梁-墩一体化的传统平面模型和空间梁格模型,对比分析2种计算模型中拱加劲连续梁桥上钢轨纵向附加力的分布规律.研究表明:梁格模型与平面模型计算所得的线路纵向力变化规律基本一致,但平面模型的计算结果偏于保守;平面模型无法准确反映不对称加载时多线轨道的空间受力特性;对于大跨度多线铁路桥而言,宜采用空间梁格模型对其上无缝线路进行检算.     

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。