制挠工况下高铁大跨连续梁桥上无砟轨道受力研究

为探明高速铁路长联大跨度连续梁桥上CRTSII型板式无砟轨道制挠工况下受力特性,选取某高铁跨径(60+3×100+60)m的连续梁桥为工程实例,建立考虑梁轨各构件的空间有限元模型,计算分析单侧制挠工况下各层轨道结构纵向附加力分布规律;分析轨道关键结构参数变化对其纵向附加力影响规律,研究结果表明:在单侧制挠工况下,钢轨纵向附加力最大值出现位置随着加载区域的变化而变化,最大附加拉力及附加压力分别出现在加载区域后端点、前端点;轨道板和底座板纵向附加力分布趋势一致;3层轨道结构中,轨道板在制挠工况下纵向附加力最大;连续梁固定支座右侧300 m范围加载制动力为轨道结构相对最不利工况;道床板伸缩刚度以及滑动层摩擦因数对轨道结构附加力影响较大;CA砂浆层对轨道结构附加力影响较小;建议增大大跨连续梁两端无砟轨道结构强度,改进CRTSII无砟轨道CA砂浆层的设置。     

温度作用下连续梁桥上CRTSⅡ型板式轨道纵向力影响因素分析

本文以一段大跨连续梁桥为研究对象,建立桥上CRTSⅡ型板空间一体化模型,采用有限元方法,计算桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道在温度作用下各部件的纵向力,并分析不同因素对各部件纵向力的影响.通过计算分析表明:对于本文中的连续梁桥,随着联合板伸缩刚度的增大,联合板、固结机构、端刺、桥梁最大纵向力明显增大,钢轨最大纵向力减小;随着滑动层摩擦系数的增大,除了端刺纵向力基本不变,其它各部件最大纵向力都增大;当摩擦板长度达到约50 m时,能有效减小端刺受力,此后即使再增加摩擦板长度,对端刺受力的影响已不很显著.     

简支梁桥上有轨电车嵌入式轨道纵向力分析

研究目的:因桥上无缝线路梁轨相互作用较为复杂,桥梁和轨道结构的受力与变形特性成为国内外学者的热点研究问题。为研究温度荷载、列车荷载和制动荷载作用下轨道结构的受力与变形规律及影响因素,根据嵌入式轨道的特点,本文通过建立嵌入式轨道桥上无缝线路有限元模型,计算伸缩力、挠曲力和制动力三种工况下轨道结构的受力与变形情况,并分析梁体温差、高分子材料纵向阻力和墩台纵向刚度对伸缩力的影响。研究结论:(1)嵌入式轨道的线路纵向阻力和垂向刚度均为线性变化,且轨板相对位移限值为6.2 mm;(2)轨道结构的受力和变形均随着梁体温差的增加而线性增加,允许梁体温差为38℃;随着线路纵向阻力的增加,钢轨纵向位移和伸缩力逐渐增大,而轨板相对位移则逐渐减小;桥梁墩台纵向刚度对轨道结构的受力和变形影响较小;(3)在挠曲力和制动力工况下,轨板相对位移和钢轨附加力均较小,故在设计时应重点关注伸缩力工况;(4)当梁体温差和轨温变化幅度为30℃时,钢轨强度和轨板相对位移均满足要求,因此在32 m简支梁上铺设有轨电车嵌入式轨道无缝线路是可行的;(5)本研究成果对桥上有轨电车嵌入式轨道设计具有参考价值。     

桥上纵连板式无砟轨道无缝线路力学性能分析

基于有限元法,考虑钢轨、无砟道床、滑动层、桥梁等结构的相互作用关系,建立桥上纵连板式无砟轨道无缝线路纵-横-垂向空间耦合模型,进行滑动层摩擦系数、扣件纵向阻力、无砟道床伸缩刚度等对桥上纵连板式无砟轨道无缝线路的受力和变形影响规律的研究.结果表明:滑动层减弱了桥梁、轨道间的相互作用,当滑动层摩擦系数为0.1～0.5时,无缝线路伸缩力仅为22.821～55.361 kN,远小于一般桥上无缝线路结构;滑动层摩擦系数越小越有利于轨道和桥梁结构的安全使用;底座板/轨道板的伸缩刚度减小会明显增大部分轨道和桥梁的受力,伸缩刚度折减至10％时,伸缩力会增大近6倍,因此应该注意控制底座板和轨道板的开裂现象;扣件的纵向阻力变化对轨道和桥梁结构的受力和变形几乎没有影响,但为了防止钢轨爬行或断缝值超限,扣件阻力不宜太小.     

客运专线桥上纵连板式无砟轨道制动附加力影响因素分析

为了揭示各种因素对桥上纵连板式无砟轨道制动附加力的影响,为轨道和桥梁设计提供基础参数,运用空间有限梁单元理论,建立了桥上纵连板式无砟轨道线板桥墩空间一体化纵向力计算模型,并编制了相应的计算软件。运用所编制的计算软件,分析了扣件阻力、底座板与桥梁摩擦系数、道床板伸缩刚度以及底座板与桥梁固结机构对制动附加力的影响。结果表明:对16 kN/m的制动力,扣件阻力在16 kN/m及以上变化,钢轨、道床板及桥梁墩台的纵向力变化很小;增大底座板与桥梁间摩擦系数,墩台顶最大纵向力稍有增加,钢轨和道床板纵向力大幅降低;增大道床板伸缩刚度和取消底座板与桥梁间固结机构,有利于降低墩台顶最大纵向水平力。     

线路支承状态变化对轨道动态特性的影响

把温度力作用下的无缝线路简化为纵向力作用的弹性等间距支承的无限长均匀梁结构,通过连续梁理论,建立了纵向力作用下无缝线路钢轨的振动模型.分析了轨道结构钢轨自振频率与其纵向力间的内在关系,分别讨论了钢轨在承受纵向拉力和纵向压力时自振频率的变化特征,比较了钢轨类型改变、钢轨支承间距变化后对上述变化的影响.结果表明:纵向拉力作用下钢轨的竖向自振频率会随着拉力的增加而增大,钢轨支承间距加大会降低其自振频率;纵向压力作用下,钢轨的竖向自振频率随着压力的增加而减小;第一振型变化趋势基本分为两个阶段,当轴向压力较小时,呈线性变化,随着轴向压力的不断增加,逐渐地产生了非线性的变化;二阶及以上振型变化与受拉状态相似.     

桥梁温度跨度对纵连底座板受力及配筋的影响

考虑轨道与桥梁相互作用特点,建立桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道空间力学模型,分析桥梁温度跨度对纵连底座板制动力和伸缩力的影响,根据不同桥梁温度跨度下的纵向力,按极限状态法对纵连底座板进行配筋设计。结果表明:当桥梁温度跨度小于482 m时,纵连底座板最大制动力随着温度跨度增加迅速增大,温度跨度超过482 m后纵连底座板的最大制动力趋于稳定;纵连底座板最大伸缩力随着桥梁温度跨度线性增大;纵连底座板配筋率增幅小于桥梁温度跨度的增幅。     

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。     

铁路桥梁墩台刚度对无缝线路的影响

基于梁轨相互作用原理,采用有限元方法建立线-桥-墩一体化计算模型,以多跨简支梁和连续梁为例,分析不同墩台刚度对桥上无缝线路计算的影响。计算结果表明:钢轨伸缩力与伸缩位移、墩台纵向力均随着墩台纵向水平刚度的增大而增大,但增加幅度逐渐减缓;墩台自身的纵向水平位移会改变梁轨系统的纵向受力情况,当桥梁墩台自身位移较大时,应在桥上无缝线路纵向力计算中考虑其作用;钢轨挠曲力随着墩台刚度增大而增大,桥墩纵向水平刚度对钢轨制动力及梁轨相对位移的影响较为明显,应据此设定其对墩台最小水平刚度的限值;墩台刚度越大,钢轨断缝值越小。为满足断缝值不超限,桥梁墩台设计时应合理确定其纵向水平刚度值。     

滑动层对桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道无缝道岔群的受力影响

通过空间有限梁单元理论,建立桥上CRTS Ⅱ型无砟轨道无缝道岔的岔一板一桥一墩一体化模型,分析滑动层摩擦系数对钢轨、道岔、轨道板、底座板、固结机构与墩台等结构部件温度附加力的影响,结果表明:钢轨应力和相对位移随着滑动层摩擦系数的增加而略有增大;摩擦系数较大时,轨道板、底座板总体纵向力有较大幅度提高,对轨道板、底座板受力不利;墩台顶的纵向水平力变化不大,简支梁墩台固定支座附近的固结机构所传递的纵向力显著增加,但是连续梁上固结机构受力变化规律不明显;道岔传力部件所受纵向力均有较大或较小的降低,直尖轨尖端相对曲基本轨、长心轨尖端相对翼轨的位移也都依次减小,滑动层摩擦系数的增加对道岔转换设备和结构传力部件受力是有利的.     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道制动力影响因素分析

研究目的:桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路梁-板-轨及层间相互作用机理比较复杂,为研究各轨道及桥梁结构的制动力传递规律及其影响因素,基于有限元法和梁-板-轨相互作用原理,建立多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上无砟轨道无缝线路空间耦合模型,计算列车制动荷载作用下各轨道及桥梁结构的纵向力与位移,并分析多种因素对制动力传递规律的影响。研究结论:(1)制动荷载作用下的轨道结构纵向力由拉力逐渐变为压力,纵向位移呈现先增后减的趋势;(2)需根据不同的检算部件选取最不利的荷载工况;(3)在检算时需考虑轨道板/底座板刚度的折减,且必须保证其施工质量;(4)采用小阻力扣件时轨板快速相对位移的剧增易带动轨下胶垫滑出;(5)固结机构、桥墩/台采用较大纵向刚度,并保持滑动层的良好滑动性能有利于各轨道及桥梁结构的受力与变形;(6)该研究成果可为桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路的设计、施工及运营维护提供参考。     

桥上纵连岔区无砟轨道受力及变形规律研究

研究目的:目前CRTSⅡ型板式无砟轨道在我国已建成的高铁线路中铺设较多,铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道的线路,桥上岔区一般铺设纵连道岔,为了研究桥梁和纵连道岔之间的相互作用规律,文章以京沪高铁天津南站桥上纵连岔区为例,建立岔-桥-板-墩一体化计算模型,分析岔区轨道在底座刚度、桥梁与轨道间摩擦系数以及列车制动位置对无砟轨道各部分受力及道岔的影响。研究结论:通过分析得出以下结论:(1)温度力作用下,底座刚度增加时,墩顶纵向力、底座轴力及道岔可动部分位移增大;底座与桥梁间摩擦系数增大时,底座轴力及道岔可动部分变形减小;(2)制动力作用下,底座刚度和摩擦系数增加时,底座轴力增加,墩顶纵向力及道岔可动部分位移减小;(3)本文对岔桥相互作用规律的研究结论,对桥上纵连岔区无砟轨道结构工程设计具有一定的参考意义。     

大跨度连续梁拱组合桥梁轨互制特征

为研究大跨度连续梁拱组合桥梁轨相互作用特征,以梅汕线上某(34+160+34)m刚架系杆拱钢箱连续梁组合桥为背景,采用理想弹塑性模型模拟线路纵向阻力,建立"轨-拱-梁-墩"一体化空间模型,对钢轨纵向力的分布规律进行分析,对是否考虑轨道作用下的主梁应力、梁端转角、墩底纵向反力进行比较。结果表明:连续梁拱组合桥远离固定支座的梁端处钢轨纵向力较大,其中最大伸缩应力达到114.0 MPa,在不设钢轨伸缩调节器时钢轨强度仍满足要求;轨道结构对温度荷载和制动力作用下的主梁应力影响较大;轨道结构对梁端转角及墩底纵向反力的分配亦有较大影响。     

考虑轨道系统的高速铁路连续梁桥结构系统参数对纵向地震响应的影响

为研究无砟轨道系统约束作用下的高铁连续梁桥纵向地震响应,以某组合桥跨布置高铁桥梁结构(2×32m简支梁+(48+80+48) m连续梁+2×32 m简支梁)为例,针对CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道系统的结构特点,建立考虑轨道系统结构层间相互作用的叠合梁模型,研究轨道系统约束作用、地震波激励、滑动层摩擦因数、底座板刚度和制动墩抗推刚度对桥梁结构纵向地震响应的影响。分析结果表明:轨道系统对桥梁结构的约束作用可减弱结构纵向地震响应;在不同频谱特性的地震波激励下,桥梁结构地震响应明显不同,当地震波卓越频率与结构自振频率接近时,将放大结构地震响应;随着轨道系统滑动层摩擦因数增加,连续梁桥纵向地震响应减小,简支梁桥纵向地震响应增强;底座板刚度变化对桥梁纵向地震响应影响较小;增加连续梁桥制动墩抗推刚度,将增强制动墩地震内力响应,需要根据不同抗震需求合理设计桥墩抗推刚度。     

中小跨度长联连续梁桥桥上无缝线路纵向力的研究

针对固定墩组和拉压连接器两种桥梁结构,分析计算长联连续梁桥无缝线路纵向力。根据桥梁、钢轨的相互作用关系,建立纵向力计算模型,应用该模型,分析比较了桥梁联长、桥墩刚度以及轮轨粘着系数对纵向力的影响。根据附加纵向力的大小以及长钢轨伸缩位移量,提出了长联连续梁的最大联长,在连续梁中间设置钢轨伸缩调节器时,固定墩组桥梁体系连续梁联长应小于500m～600m,拉压连接器桥梁体系连续梁联长应小于1000m～1200m。研究结果表明,桥上无缝线路长钢轨的附加纵向力与桥墩的刚度有关,刚度减小,长钢轨的附加纵向力增加,对桥上无缝线路的强度和稳定性不利,根据长钢轨附加制动力的大小,提出了不同联长的连续梁桥墩刚度的最小限值。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵连底座板受力计算模型比较

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道设计时采用"线-板-桥-墩"空间一体化模型计算纵向力,模型中轨道板与纵连底座板简化为一层复合结构。建立一种桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道"线-板-板-桥-墩"空间一体化模型,将轨道板与纵连底座板分别模拟,并通过砂浆阻力相互作用,模型采用有限单元法求解。采用两种模型对一座大跨连续梁桥上纵连底座板的制动力和伸缩力进行对比计算。结果表明,纵连底座板的制动力和伸缩力采用"线-板-板-桥-墩"空间一体化模型的计算结果更小,纵连底座板配筋设计采用"线-板-桥-墩"空间一体化模型具有更高的可靠性。     

简支梁桥上Ⅰ型板式无砟轨道制动力与位移分析

基于有限元法,建立多跨简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,研究列车制动荷载作用下钢轨、轨道板及底座板的受力与变形特性,并对相关影响参数进行分析。研究结果表明:在制动荷载作用下,钢轨制动力的峰值出现在两端桥台及中间活动支座上方,钢轨的纵向位移呈现先增后减的趋势,在中间活动支座达到最大值,钢轨和轨道板的纵向伸缩趋势基本一致,表明扣件起到了很好的约束作用;制动力加载方式对轨道结构纵向力及位移有较大影响,在紧急情况下,应尽量避免两列列车同时在桥上同向制动,以免钢轨承受过大的拉力,防止因相对位移过大而导致扣件失效;采用小阻力扣件对桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道的受力是有利的,但要充分考虑轨板相对位移不能过大,保证钢轨在桥台处的爬行能够得到有效控制;随着桥墩纵向刚度的增大,轨道结构的受力随之减小,因此,为改善桥上轨道结构的受力条件,在可能的情况下,应尽量采用纵向刚度较大的低墩桥。     

温度荷载下纵连式无砟轨道梁轨耦合作用规律

研究目的:温度荷载下梁轨耦合作用规律是桥上铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道的基础,本文针对简支梁和连续梁,建立多钢轨、整桥系统的计算模型,对其梁轨耦合作用规律及其影响因素进行较为全面、细致的分析,以期为桥上纵连板式无砟轨道无缝线路的设计、施工及后期养护维修提供参考。研究结论:(1)纵连板的钢轨伸缩力与梁跨布置没有明显的映射关系,近似呈对称分布,这主要是由轨道板的位移分布特点所决定的;(2)底座板是梁轨系统中的关键部件,其伸缩影响着系统其他部件的受力与变形,端刺为底座板的锚固装置,其刚度直接决定着底座板的伸缩位移大小;(3)受梁板相对位移的影响,滑动层、"两布"隔离层、端刺产生的纵向力均会引起底座板纵向力的变化,变化幅度近似为其摩阻力或纵向力;(4)降温工况下,钢轨、轨道板、底座板三层纵连结构受桥梁伸缩的影响不大,但在剪力齿槽处波动较大;(5)滑动层摩擦系数是轨道结构中极其重要而又难以监控的参数;增大CA砂浆粘结力对轨道结构受力有利,建议严控施工质量;(6)该研究结论对纵连板式无砟轨道设计优化理论和工程实践具有一定的指导意义。     

轨道约束对高铁大跨连续梁桥地震反应的影响

研究目的:针对CRTSⅡ型板式无砟轨道体系的结构特点,以京沪高速铁路某大跨度连续梁桥为研究对象,采用线桥一体化模型讨论轨道体系对桥梁动力特性及地震反应的影响。研究结论:(1)轨道约束体系可增强相邻桥跨间的纵向联系,使按传统模型分析得到的两个单独振动单元变为一个整体振动单元,随着简支梁跨数的减少,连续梁桥的纵向一阶自振周期逐渐减小;(2)采用线桥一体化模型计算的连续梁桥地震反应大于传统模型,且随着简支梁跨数的增加,地震反应增大明显,不考虑轨道体系的纵向约束效应时,连续梁桥的地震反应偏于不安全;(3)随着轨道系统伸缩刚度的降低,线桥一体化模型的计算结果越来越接近传统模型;(4)随着端刺刚度的增加,连续梁桥的地震反应逐渐减小,但当端刺刚度大于一定值时,对连续梁桥的地震反应几乎无影响;(5)该研究结果可为多遇地震下高速铁路桥梁抗震计算模型的修订提供依据。     

串联简支梁上纵向连接器刚度的研究

串联简支梁中纵向连接器刚度的不同会直接影响到桥上无缝线路的受力。为了研究纵向连接器刚度的变化对桥上无缝线路的影响,利用ANSYS有限元计算软件建立模型,分析了刚度变化对伸缩力、挠曲力、制动力、断轨力的影响。计算结果表明,纵向连接器的使用可以明显改善桥上无缝线路的受力状况,随着刚度的增加,最大伸缩附加力会出现先增大后减小的现象,制动力作用下的梁轨快速相对位移呈减小的趋势,断轨力作用下的断缝值也会越来越小。