双块式无砟轨道桥梁梁端扣件系统力学分析

研究目的:桥上无砟轨道结构梁端产生位移时将对梁缝附近扣件产生附加作用力,扣件系统作为无砟轨道结构的重要传力部件,扣件扣压力及垫层压缩变形量均有相应的限值要求,所以需对无砟轨道梁端位移产生的扣件附加力进行检算.研究结论:结合郑西客运专线桥上双块式无砟轨道结构建立有限元模型进行扣件附加力的检算,检算结果表明,梁端位移引起的扣件附加力将影响扣件型号的设计选择.     

梁端无砟轨道扣件力学行为室内试验研究和数值仿真分析

制定梁端变形限值应考虑梁端无砟轨道静力强度和梁缝过渡段列车运行安全性、平稳性。运用室内模型试验和数值仿真分析,研究梁端转角、错台等变形对梁端扣件、轨道板稳定性的影响规律。数值仿真分析中扣件弹簧单元参数选取实测扣件刚度曲线。室内试验和仿真计算结果表明:仿真计算结果与室内试验实测结果基本吻合,有限元仿真计算可推广应用至实际应用中;梁端转角、错台变形引起的扣件附加力分布在梁缝两侧4个扣件内;梁端变形幅值和梁端伸出长度是影响梁端轨道结构强度的主要因素;随着转角、错台的增加,扣件附加力逐渐增加,且基本呈线性增长趋势;在转角工况下,梁端伸出长度越大,引起的扣件附加力越大;在错台工况下,梁端伸出长度对扣件附加力影响甚微;CRTSⅠ型板式无砟轨道在错台1.0mm情况下,产生最大上拔力和下压力,因此对于梁端CRTSⅠ型无砟轨道结构静力强度,错台1.0mm可作为设计限值条件。     

武广客运专线大跨度桥梁梁端无砟轨道结构受力研究

针对武广大跨度连续梁梁端轨道结构进行分析研究,分析了梁端轨道结构作用机理,建立了梁端轨道结构系统分析模型,对武广客运专线大跨度连续梁梁端无砟轨道扣件上拔力、轨下垫板压缩量、钢轨附加应力和梁端轨道板稳定性进行了分析检算。结果表明,衡阳湘江特大桥、株州湘江特大桥、陆水特大桥和王灌冲特大桥梁端扣件上拔力均超过小阻力扣件扣压力,株州湘江特大桥最大上拔力超过常阻力扣件扣压力,衡阳湘江特大桥、陆水特大桥和王灌冲特大桥最大上拔力满足常阻力扣件要求。武广客专四座大跨度连续梁桥的轨下胶垫压缩量、钢轨附加应力和道床板稳定性均满足要求。     

减小梁端轨道结构受力措施研究

研究目的:武广客运专线汀泗河特大桥等几座特殊结构的桥梁存在梁缝过大以及梁端悬臂长度过长的问题,桥梁梁端产生变形时,会造成无砟轨道扣件系统上拔力超过扣压力,影响旅客舒适度,严重时也将对行车安全构成威胁。通过研究,提出可行的设计方案,解决梁端轨道结构受力存在的问题。研究结论:通过在桥梁端部梁缝处引入过渡板的结构措施,建立了梁端过渡板结构的模型,分析了梁端转角和梁缝两侧桥梁竖向相对位移工况下有过渡板和无过渡板时轨道结构受力的区别,结果表明,过渡板能够减小扣件系统的最大压力、最大拉力和钢轨附加弯矩20%～80%,可以通过在端部设置过渡板的结构措施减小轨道结构的受力,保证无砟轨道系统正常工作。     

高速铁路大跨度桥梁梁端板式无砟轨道设计研究

严寒地区高速铁路大跨度桥梁梁端扣件间距超限问题比较普遍,通过梁端无砟轨道结构的受力和变形分析,确定梁端扣件间距的最大限值,提出桥梁预延长、道床悬出梁端及减少轨道板端部扣件间距的设计措施,并通过哈大客运专线的典型工点,介绍梁端无砟轨道设计。结果表明,该设计措施简单实用,可解决大跨度桥梁梁端大扣件间距达1 000 mm的问题。     

沪宁城际轨道交通娄蕴特大桥112m提篮拱桥梁端扣件受力分析

沪宁城际轨道交通设计采用CRTSI型板式无砟轨道结构,配套WJ-7B型扣件,扣件是轨道结构的重要组成部分,其结构的强度、耐久性和弹性直接关系到高速列车运行的安全及舒适性,桥梁因挠曲、徐变等因素引起的梁端变形使梁缝两侧一定范围内扣件产生上拔力和下压力,当扣件上拔力和下压力超过一定限值时,将影响扣件系统的正常使用。对沪宁城际轨道交通娄蕴特大桥112 m提篮拱梁端扣件受力按3种布置方式进行计算分析,计算结果表明:梁缝处梁端第1组扣件采用W 1型弹条,其余扣件采用X2型弹条方案对桥墩的附加作用力最小,推荐采用该方案;梁端转角及竖向位移产生较大的扣件上拔力,设计应充分考虑其影响;相同梁端转角及竖向位移变形作用下,全桥采用W 1型弹条比采用X2型弹条扣件引起的扣件上拔力大。     

重载铁路无砟轨道单侧梁端转角限值研究

研究目的:桥梁梁端转角将使无砟轨道扣件系统产生附加的上拔力或下压力,从而导致扣件系统失效,因此必须限制桥梁的梁端转角。为研究重载铁路桥梁单侧梁端转角限值,本文建立重载铁路梁端扣件系统受力分析有限元模型,研究梁端转角、梁缝处扣件间距、胶垫刚度、梁端悬出长度对梁端扣件受力的影响,并从限制扣件上拔力不超过弹条扣压力的角度提出不同胶垫刚度、不同悬出长度下的单侧梁端转角限值。研究结论:(1)梁缝处扣件间距对扣件系统受力影响较小,而胶垫刚度和梁端悬出长度对扣件系统受力影响较大;(2)扣件系统胶垫刚度越大、悬出长度越大,梁端转角限值越小;(3)桥梁梁端顺时针转角限值小于逆时针转角限值;(4)具体的梁端转角限值应根据扣件的设计参数确定,并进行检算;(5)本研究结论可为重载铁路无砟轨道结构及桥梁的设计提供参考。     

广珠城际轨道交通梁端轨道结构受力变形分析

广珠城际轨道交通是我国第一条设计时速200km的城际铁路,全线基本以桥梁为主,桥上采用CRTSI型板式无砟轨道,因梁端转角及位移的存在,梁端轨道结构受力及变形均发生变化。通过梁端轨道结构受力变形分析,研究广珠城际梁端转角与梁端轨道结构的适应性,通过建立梁端位移与无砟轨道结构受力和变形相互影响的计算模型,对广珠城际梁端无砟轨道结构进行受力检算,对扣件系统进行受力分析,找出梁端转角对轨道结构形式的影响,为类似项目的设计提供经验。     

广珠城际轨道交通梁端轨道结构受力变形分析

广珠城际轨道交通是我国第一条设计时速200 km的城际铁路,全线基本以桥梁为主,桥上采用CRTS Ⅰ型板式无砟轨道,因梁端转角及位移的存在,梁端轨道结构受力及变形均发生变化,通过梁端轨道结构受力变形分析,研究广珠城际梁端转角与梁端轨道结构的适应性,通过建立梁端位移与无砟轨道结构受力和变形相互影响的计算模型,对广珠城际梁端无砟轨道结构进行受力检算,对扣件系统进行受力分析,找出梁端转角对轨道结构形式的影响,为类似工程设计提供经验.     

桥上CRTSⅡ型板式轨道梁端高强度挤塑板的合理弹性模量研究

依据梁端CRTSⅡ型板式轨道的结构受力特征,采用梁模拟钢轨、轨道板和底座板,线性弹簧模拟扣件与CA砂浆的弹性作用,采用单向受压弹簧模拟滑动层与挤塑板的支撑作用,建立梁端轨道叠合梁计算模型,分析挤塑板弹性模量对无砟轨道承受轮载以及梁端位移时的受力变化规律。分析表明:由于梁端挤塑板弹性模量相对较低,列车通过时容易引起刚度不平顺、增大轨道受力,应适当提高挤塑板弹性模量;而梁端位移作用时,较大的挤塑板弹性模量则会引起较大的附加弯矩。综合考虑两方面作用,在常用32 m梁上,挤塑板弹性模量在10~50 MPa时,轨道受力状态最佳,其他梁型应根据实际梁端位移适当调整挤塑板弹性模量。     

客运专线无砟轨道扣件系统技术研究

提出客运专线无砟轨道扣件系统技术要求和关键技术,分析世界各国高速铁路无砟轨道扣件系统技术,介绍我国自主研发的无砟轨道扣件系统的技术特征,对日本、德、英国和我国主要类型扣件的扣压件形式及紧固方式。联结方式、承受横向力方式、弹性性能、钢轨位置调整方式进行性能分析,提出无砟轨道扣件结构选型中应注意的问题。     

高铁长大桥上不同无砟轨道无缝线路受力研究

研究目的:为对比桥上铺设不同无砟轨道时对应无缝线路受力规律,本文基于有限元方法及梁轨相互作用原理,分别建立大跨度桥上纵连板式、单元板式及双块式无砟轨道有限元模型,分析实测温度工况及制挠力耦合作用下,不同无砟轨道对应的无缝线路受力规律及桥梁理论最大温度跨度,并比较制动墩墩顶刚度、扣件阻力等参数对无缝线路受力及最大温度跨度的影响。研究结论:(1)相同桥梁温度跨度下,双块式无砟轨道钢轨附加应力最大,纵连板式无砟轨道钢轨附加应力最小,且纵连板式无砟轨道钢轨附加应力远小于铺设单元板式或双块式无砟轨道时对应钢轨附加应力;(2)采用常阻力扣件时,当制动墩墩顶刚度由1 500 k N/cm增大到8 000 k N/cm时,单元板式无砟轨道最大温度跨度由93.3 m增大到105 m,双块式无砟轨道最大温度跨度由60 m增大到75.8 m,而纵连板式无砟轨道钢轨附加应力受墩顶刚度的影响很小;(3)纵连板式无砟轨道对应桥梁最大温度跨度需同时考虑钢轨附加应力及墩顶纵向位移限值;(4)扣件阻力大小对单元板式及双块式无砟轨道钢轨附加应力影响较大,采用小阻力扣件后,两者对应最大温度跨度分别增大约1.5、2.0倍,小阻力扣件可以有效的减小单元板式及双块式无砟轨道钢轨附加应力;(5)本研究成果可为不同无砟轨道应用及对应桥梁跨度设计提供参考。     

高铁单元板式无砟轨道大跨梁端适应性对比

研究目的:为研究不同类型单元式无砟轨道无缝线路在大跨桥上的适应性,本文建立无缝线路-无砟轨道-桥梁空间耦合分析模型,对温度荷载作用下CRTSⅠ型和CRTSⅢ型板式无砟轨道各层纵向受力与变形、层间错动位移以及限位结构受力进行对比分析,并对运营过程中可能出现的扣件纵向阻力增加对两种无砟轨道在大跨桥上的适应性进行比较。研究结论:(1)两种无砟轨道无缝线路在连续梁端处受力与变形最大,但二者之间的差异较小;(2)扣件纵向阻力的增加将带来连续梁端位置处无缝线路受力增加,变形量减小;(3)CRTSⅢ型板式无砟轨道层间限位刚度大于CRTSⅠ型板式无砟轨道,因此扣件纵向阻力增加导致的CRTSⅠ型板式无砟轨道层间错动位移增加更加明显;(4)梁端限位结构在升降温过程中纵向受剪明显,其中CRTSⅠ型板式无砟轨道梁端半圆形凸台因单侧承力,纵向剪切效应更加显著,且随桥上扣件纵向阻力的增加而急速增加;(5)总体看来,两种无砟轨道的选用对大跨桥上无缝线路设计的影响基本无差异,但在轨道纵向几何形位保持以及大跨梁端限位结构受力方面,CRTSⅢ型板式无砟轨道表现出了较好的适应性;(6)本研究成果可为今后大跨度桥上板式无砟轨道的选型提供理论指导。     

无砟轨道桥梁梁端变形对扣件影响的模型试验研究和数值分析

以室内模型试验为主要研究手段,研究梁端转角、错台等变形对梁端扣件、轨道板稳定性的影响,寻求变形量值与扣件附加力幅值的主要影响因素及规律。同时,采用通用有限元程序ANSYS建立模型试验有限元模型,以实测扣件刚度曲线作为扣件弹簧单元输入参数,计算室内模型试验各种试验工况。结果表明:仿真计算结果与室内试验实测结果基本吻合,有限元仿真计算可推广应用至实际应用中;梁端转角、错台变形引起的扣件附加力分布在梁缝两侧4个扣件内;梁端变形幅值和梁端伸出长度是影响梁端轨道结构强度的主要因素。     

城际轨道交通桥梁梁端扣件节点间距研究

研究目的:建设城际轨道交通线,为节省土地全线基本以桥梁为主;为减少道砟粉尘影响环境,采用无砟轨道结构.当桥上采用CRTS I 型板式无砟轨道时,受线路小曲线半径的影响,梁缝处扣件节点间距不能满足规范650 mm的要求,影响桥上无砟轨道设计方案的实施.通过研究,提出可行的设计方案,解决梁端扣件节点间距存在的问题.研究结论:通过分析研究钢轨挠度、梁缝处断轨时钢轨弹性挤开量、板端混凝土剪切应力的设计参数、设计工况及评判指标,对梁端扣件节点间距处的轨道结构进行了受力分析,得出梁端扣件节点间距突破规范规定,按725 mm控制的设计方案可行的结论,解决了桥上采用无砟轨道时梁端扣件节点间距制约轨道设计方案的难题.     

大跨度斜拉桥—无砟轨道结构变形适应性研究

以某高速铁路客运专线上铺设CRTSⅠ型双块式无砟轨道的大跨度斜拉桥为例,采用非线性阻力模型模拟扣件阻力、凸型挡台咬合力、隔离层摩擦阻力,基于有限元法建立无砟轨道—桥梁空间精细化非线性分析模型。通过计算列车竖向荷载和温度荷载作用下轨道结构和桥面板的竖向变形曲率、无砟轨道层间压缩量和梁端转角,分析无砟轨道与大跨度斜拉桥间的变形适应性。结果表明:列车竖向荷载在斜拉桥中跨时会引起各构件产生较大的竖向变形曲率;同一工况下轨道结构和桥面板竖向变形曲率的分布规律相同、数值大小相近;相比于列车竖向荷载,温度荷载作用下各结构竖向变形曲率较小,但分布更为复杂;除整体升温、整体降温作用下结合段无砟轨道出现局部层间脱空外,荷载作用下无砟轨道层间基本处于受压状态;梁端转角均未超过规范限值,具有较高安全富余度。     

大跨度钢桥梁端无砟轨道结构受力计算分析研究

大跨度钢梁梁端存在较大伸缩位移、梁端转角时,梁端轨道结构设计采用过渡板式梁端伸缩装置,通过设置过渡板,减小桥梁转角对无砟轨道的影响,设置梁端抬轨装置适应桥梁梁端伸缩位移。结合铜陵江特大桥铺设无砟轨道情况,进行梁端无砟轨道结构受力分析,研究了桥梁变形对无砟轨道受力影响,确定了梁端设置过渡板的必要性。     

大跨度桥上铺设无砟轨道结构设计研究

首先对日本、德国、UIC及我国标准中对铺设无砟轨道大跨度桥梁刚度进行分析,然后对大跨度桥梁梁端道床板稳定性、扣件上拔力计算、大梁缝处轨道结构设计、钢轨伸缩调节器区无砟轨道结构设计等桥上无砟轨道的关键问题进行研究分析和探讨,并提出了结构设计方法,为我国大跨度桥上铺设无砟轨道结构设计提供设计参考。     

无砟轨道连续梁桥与道岔纵向相互作用规律的研究

建立了无砟轨道线桥墩一体化计算模型,用数值模拟法,以一组60 kg/m钢轨客运专线18号可动心轨道岔布置在连续梁上为例,通过两种类型("门"形筋混凝土道床、带限凸台的道床板)无砟轨道桥上无缝道岔与有砟轨道桥上无缝道岔基本轨温度附加力、基本轨伸缩位移的比较,表明:无砟轨道桥上无缝道岔温度附加力分布规律、钢轨位移分布规律与有砟轨道桥上无缝道岔相似,"门"形筋及带限位凸台无砟轨道桥上无缝道岔因道床阻力大,尖轨及心轨相对道岔板的伸缩位移要小;对于带限位凸台的无砟轨道结构计算结果表明:单个凸台的支座刚度＞250 kN/mm时,凸台支座胶垫的压缩量＜1 mm.道岔板不同温度变化幅度的计算结果表明,随着道岔板日温差增大,基本轨温度附加力、伸缩位移、翼轨末端间隔铁受力、直尖轨尖端相对道岔位移、转辙器道岔板受力、辙叉道岔板受力均随之减小,而心轨尖端相对道岔板位移、导曲线道岔板受力、连续梁固定墩受力则随之增大.     

坡度对连续梁桥梁端扣件上拔力的影响研究

研究目的:大跨桥梁上铺设无砟轨道时,桥梁坡度、桥梁跨度及梁体温度变化会对梁端扣件受力产生影响,本文通过建立坡度桥梁扣件受力分析计算的有限元模型,研究连续桥梁位于坡道上时梁体坡度、梁体温度变化、桥梁温度跨度以及相邻简支梁桥固定支座布设位置对梁端扣件受力的影响。基于线路运行条件下可能发生的不利荷载组合,从扣件受力角度出发,确定不同墩高、不同温度跨度连续梁桥适应的坡度限值,为山区大跨桥梁上的无砟轨道设计提供理论指导。研究结论:(1)考虑坡度上桥梁变形对扣件受力影响时应考虑桥梁坡度对扣件受力方向的影响;(2)坡度桥梁梁缝处扣件受到附加力最大值随着桥梁坡度、温度变化幅度、连续梁温度跨度的增加而呈线性增大,而相邻简支梁固定支座位于下坡段时对扣件受力较为有利;(3)考虑线路运营中出现的最不利荷载组合,从梁端扣件受力不超限出发得到不同桥墩高度、不同温度跨度连续梁桥适应的坡度限值,在梁缝处铺设过渡板时可以大幅度提高连续梁桥适应的坡度限值;(4)该研究成果可用于指导山区铁路桥梁和无砟轨道设计。