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.     

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。     

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。     

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.     

大跨度钢桁梁桥纵向附加力分析与研究

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"法则编制了计算钢桁梁桥上无缝线路的程序。讨论了伸缩调节器设置与否以及设置位置的不同对纵向附加力的影响。     

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.     

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.     

60kg/m钢轨12号固定辙叉无缝道岔铺设的理论计算分析

利用当量阻力计算理论,分析计算了目前使用的60 kg/m钢轨、12号固定辙叉无缝道岔在不同铺设条件下的里轨伸缩位移、基本轨附加温度力、尖轨尖端位移、限位器螺栓剪力等,为该类型提速道岔在跨区间无缝线路的铺设和养护维修提供一些理论依据.     

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。     

桥上无碴轨道无缝道岔力学特性分析

采用有限单元方法，建立了桥上无碴轨道、无缝道岔伸缩力的计算模型，分析了轨温变化幅度、扣件阻力、限位值、间隔铁数量等轨道结构参数对无缝道岔受力及变形的影响．研究表明，桥上无碴轨道无缝道岔的温度力和位移受轨温变化幅度的影响很大，扣件阻力对结构受力也有很大的影响，而限位器、间隔铁阻力参数变化对结构的影响要居次要地位．     

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.     

铁路无缝线路流变特性初探

从流变理论角度分析了铁路无缝线路道床阻力和位移、钢轨温度力分布、伸缩区内的钢轨伸缩量及轨道横向不平顺的变化情况，对无缝线路养护维修提出了指导性建议。     

矮塔混凝土斜拉桥成桥索力优化

针对矮塔混凝土斜拉桥结构受力特点,推导出了在恒载、车辆荷载、温度作用下整体弯曲能量表达式,以结构整体弯曲变形能最小为目标,主梁主塔单元弯矩和轴力为约束条件,应用MIDAS/CIVIL 2010的未知荷载系数模块进行了最不利荷载组合作用下矮塔混凝土斜拉桥成桥索力优化计算分析.讨论了车辆荷载和温度作用对矮塔斜拉桥成桥索力优化结果及大桥结构内力分布的影响,研究结果表明,车辆荷载和温度作用对拉索索力、主梁弯矩等力学参数的影响较大,在进行成桥索力优化时应该考虑车辆荷载和温度作用.     

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。     

独塔协作体系斜拉桥设计参数分析

协作体系斜拉桥是一种较为新颖的斜拉桥结构形式。对于工程中常见的独塔不对称协作体系,从主跨无索区长度及主梁的高跨比着手,分析协作体系斜拉桥索、塔、梁的受力及变形状态,对上述设计参数提出合理的取值范围。     

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.     

斜弯独塔混合梁斜拉桥参数敏感性分析

为研究斜弯独塔混合梁斜拉桥在成桥状态下受结构设计参数的影响程度,对结构设计、施工监控和关键控制量制定等提供参考,以张家口纬二桥为工程背景,建立有限元模型。基于结构参数敏感性分析的摄动原理,引入敏感度分析指标,选取塔梁固结处弯矩值、桥顶纵向位移值、背索索力、主梁最大挠度为控制目标,对桥梁钢混结合段位置、桥塔局部温度荷载、斜拉索初拉力和背索竖向倾斜角度等结构参数进行敏感性研究。分析结果表明：桥梁钢-混结合段位置、斜拉索初拉力、背索竖向倾斜角度对斜弯独塔混合梁斜拉桥主梁挠度和桥塔线形影响较大。其中,混凝土梁和钢梁的跨度比变化15.73%,塔顶纵向位移、主梁最大挠度将分别变化30.3%和29.4%;桥塔局部温度荷载主要影响此类桥塔的纵向变形,对桥塔受力敏感度较低;背索竖向倾斜角度对斜弯独塔混合梁斜拉桥影响最为显著,背索竖向倾斜角度变化7%,塔顶纵向位移较初始位置最大变化也达到205.8%。     

双向温梯荷载下简支梁桥上CRTS Ⅱ型板受力变形

为研究温度梯度荷载作用下多跨简支梁桥上CRTS Ⅱ型板受力变形问题,基于有限元法建立了多跨简支梁桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道无缝线路(Continuous Welded Rail,CWR)空间精细化有限元模型,分析了竖向、横向温度梯度荷载作用下轨道、桥梁结构纵向受力与变形特性.研究结果表明:竖向温梯荷载作用下,钢轨在桥梁两端的主端刺位置伸缩力与位移达到最大值;轨道板出现翘曲应力,其上下表面应力差随温度梯度增大而增大,轨道板竖向温度梯度为90℃/m时,上下表面应力差最大值较50℃/m时增加了44％.双向温梯荷载作用下,向阳侧桥梁纵向位移明显高于背阴侧,钢轨伸缩力略高于背阴侧;随着横向温度梯度的增大,阴阳两侧结构纵向位移差、相对位移差和应力差均呈现逐渐增大趋势.在高温差地区需重点关注轨道板因上下表面应力差引起的翘曲变形问题.研究成果可为桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道无缝线路的设计、施工和维护提供理论依据.     

基于梁轨相互作用的铁路桥梁徐变上拱限值

为研究铁路桥梁徐变上拱对于梁轨相互作用的影响,分别建立了三跨连续梁桥及简支梁桥的梁轨相互作用有限元模型,分析了徐变上拱对桥上无缝线路的钢轨附加应力、扣件上拔力、扣件剪切力以及列车走行性的影响.结果表明:徐变上拱值主要影响扣件上拔力和行车舒适度,而对钢轨附加应力的影响可以忽略;徐变拱跨比相同的梁桥所导致的钢轨应力、扣件上拔力及扣件剪切力峰值基本一致;对于该研究的主跨125 m的连续梁桥和跨径30 m的简支梁桥而言,徐变拱跨比的建议限值分别为1/2 500和1/2 000.