列车制动对刚构桥上无缝线路梁轨相对位移的影响研究

基于有限元方法建立桥上无缝线路单层弹簧阻力模型,研究了刚构桥及相邻简支梁桥桥墩纵向水平刚度匹配关系对梁轨相对位移的影响。采用铁路上常用的3种跨度刚构桥进行对比计算分析,结果表明,在刚构桥全桥制动时,刚构桥桥墩纵向水平刚度在一个范围内,梁轨相对位移随着刚构桥相邻两侧简支梁桥桥墩纵向水平刚度的增加先降低后增加;小于该范围时,梁轨相对位移随着简支梁桥桥墩刚度的减小而减小;而大于该范围时,梁轨相对位移变化规律与小于该范围的规律相反;并且该刚度范围随着刚构桥总长度的增加而增大。对于60 m+100 m+60 m的刚构桥,上述范围为1 100¹ 400 kN//(cm·双线);当刚构桥桥墩刚度取定为1 100 kN/(cm·双线),简支梁刚度从800 kN/(cm·双线)降低到400 kN/(cm·双线)时,附加伸缩力降低,梁轨相对位移先降低后增加,采用归一化方法处理数据,得出最优刚度取值为455 kN/(cm·双线)。     

城市轨道交通简支梁桥墩顶纵向刚度限值研究

为研究城市轨道交通简支梁桥墩顶纵向刚度限值,建立20孔跨度均为30 m简支梁桥无缝线路计算模型,以钢轨强度、梁轨(板)相对位移和钢轨断缝值为控制指标,分析了墩顶纵向刚度对桥上无缝线路受力特性的影响。研究表明:随着墩顶纵向刚度增大,钢轨伸缩附加力增大,钢轨制动附加力和梁轨(板)相对位移降低;对于简支梁桥,控制墩顶纵向刚度的决定性指标是梁轨(板)相对位移;考虑一定的安全余量,建议30 m简支梁桥墩顶纵向刚度限值为双线240 kN/cm。为降低工程造价,可基于梁轨相互作用原理确定桥墩纵向刚度限值。     

无砟轨道简支梁桥墩纵向刚度限值研究

研究目的:桥墩纵向刚度合理限值是铁路桥梁设计和轨道设计的关键参数,本文考虑桥上板式无砟轨道多层结构间的非线性相互作用关系,建立简支梁桥-无砟轨道-无缝线路空间耦合模型,分析桥墩纵向刚度对不同跨度简支梁桥上无砟轨道无缝线路纵向力学特性的影响,提出不同跨度简支梁桥的桥墩纵向刚度合理限值。研究结论:(1)简支梁跨度L≤64 m时,桥墩纵向刚度的控制指标为梁轨相对位移值;跨度超过64 m后,钢轨强度成为桥墩纵向刚度的控制指标;(2)铺设常阻力扣件时,32 m、48 m、64 m、80 m和96 m简支梁桥墩纵向刚度限值分别为210 k N/cm、500 k N/cm、700 k N/cm、1 500 k N/cm和2 000 k N/cm;(3)综合考虑结构安全性和工程经济性,对于80 m和96 m简支梁桥,可通过全桥铺设小阻力扣件来大幅度降低桥墩纵向刚度;(4)本研究成果可用于指导无砟轨道简支梁桥的桥墩设计。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道挠曲力影响因素分析

针对我国高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道梁-板-轨相互作用问题,采用有限元法分别建立双线多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型,考虑桥梁及轨道结构的细部尺寸与力学属性,计算列车荷载作用下各轨道及桥梁结构的挠曲力与位移,分析扣件纵向阻力、滑动层摩擦因数等参数对桥上无缝线路挠曲受力与变形的影响规律。研究结果表明:列车荷载作用下大跨连续梁桥上轨道结构的受力与变形要明显大于多跨简支梁桥,单线加载时有载侧和无载侧之间相差不大,且近为双线加载时的1/2;需要根据不同的检算部件选取最不利的列车荷载作用长度;采用小阻力扣件改善钢轨受力与变形时,固定支座桥台和连续梁活动支座桥墩处的轨板相对位移应加强观测;滑动层摩擦因数、固结机构纵向刚度及固定支座墩/台顶纵向刚度均需控制在合理范围内。     

铁路桥梁墩台制动附加力规律研究

TB 10002—2017《铁路桥涵设计规范》规定墩台承受的制动附加力为竖向荷载的10%,不能很好地反映列车制动时墩台受力规律。建立重载铁路简支梁线桥模型,研究典型工况下墩台受力变化规律,并对主要影响因素进行分析。研究结果表明:满跨加载状态下,桥梁墩台整体承受约90%的轨面制动力,单墩最大制动附加力与对应单跨轨面制动力基本相等;单线加载单线受力对墩台受力更为不利,双线受力使约10%的轨面制动力沿另一线钢轨传入两侧路基;相邻墩顶线刚度差比值不超过10%时,桥墩承受的制动附加力基本不受影响;线路纵向阻力在一定范围内对墩台受力特征基本无影响。     

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。     

基于扣件受力的无砟轨道32m简支梁坡度限值

研究目的:基于有限元方法与梁轨相互作用原理,建立能够分析坡道上无砟轨道桥梁变形对扣件受力影响的平面模型,分析桥梁坡度、墩顶纵向水平位移等因素对扣件受力的影响,提出在考虑桥梁收缩徐变、基础沉降、桥墩纵向温差及列车荷载等条件下32 m简支梁适应的坡度,从而为桥梁坡度选择提供理论指导。研究结论:(1)桥梁坡度以及墩顶纵向水平位移的改变均会引起扣件受力,并且扣件所受上拔力最大值随着桥梁坡度、墩顶纵向水平位移的增加近似呈线性增大;(2)对于梁端悬出0.55 m的32 m简支梁而言,当桥墩高度为20 m时,由扣件上拔力不超限确定的最大坡度值为29‰,当桥墩高度为40 m时最大坡度值为20‰;(3)当桥墩纵向水平刚度增加、梁缝附近铺设过渡板或采用特殊扣件时,可以适当增加桥梁的坡度限值;(4)基于扣件受力确定的桥梁坡度限值可为今后线路选线设计及桥梁坡度设置提供借鉴和参考。     

采用小阻力扣件的单线连续梁桥墩纵向刚度限值研究

基于梁轨相互作用原理,建立桥上无缝线路线桥墩一体化模型,研究主桥铺设小阻力扣件下单线连续梁桥墩纵向水平刚度的限值。研究结果表明:在主桥铺设小阻力扣件下,钢轨伸缩附加应力最大值与连续梁温度跨度及桥墩刚度近似呈线性关系;轨道结构稳定性和钢轨断缝对桥墩刚度限值均不起控制作用,桥墩刚度限值仅由钢轨强度控制;连续梁温度跨度较大时,桥墩刚度限值与温度跨度近似呈线性关系,对于温度跨度为240 m的连续梁,轨温变化幅度为50℃、40℃和30℃时,连续梁固定支座处桥墩刚度限值分别为1 282、522、226 k N/(cm·线)。     

系杆拱连续梁桥-多线轨道互制分析的荷载步法

为研究考虑加载历史的桥梁-多线轨道系统受力特性，通过推导考虑加载历史的线路纵向阻力迭代公式并以某(77+3×156.8+77) m系杆拱连续梁桥为例，建立考虑钢管混凝土拱、吊杆、梁体、桥墩、桩基、多线轨道的大跨度系杆拱连续梁桥一体化有限元模型，分析加载历史对系杆拱连续梁桥-轨道系统受力影响及结构检算结果。结果表明：代数求和算法计算钢轨应力峰值偏大61.9%,墩顶水平力偏大74.0%,考虑温度效应须同时对钢轨、梁体和拱施加温度荷载；挠曲工况下双线同向加载时墩顶水平力为1 058.2 kN,双线对向加载时墩顶扭矩为4 193.6 kN·m;计算温度制挠力时，代数求和算法计算钢轨应力较荷载步法偏大7%,墩顶水平力偏大8%～27%,设计不经济；代数求和算法计算墩顶扭矩与荷载步法最大偏差可达51.3%。     

偏载工况下多线大跨系杆拱连续梁桥梁轨相互作用

为研究偏载工况对大跨度桥梁与多线轨道相互作用的影响,以某4线(77+3×156.8+77)m钢管混凝土系杆拱-预应力混凝土连续梁组合结构桥梁为例,采用带有刚臂的梁单元模拟主梁,用带组合截面信息的梁单元模拟钢管混凝土拱肋,用非线性杆单元模拟线路纵向阻力,建立可考虑吊杆、支座和轨道空间位置,以及钢轨伸缩调节器影响的大跨度系杆拱连续梁桥与多线轨道相互作用空间分析模型。在此基础上,研究多线活载(挠曲和制动)偏载工况下,钢轨纵向力的分布情况,以及墩顶所受水平力和扭矩。研究结果表明:由于主梁刚度较大,有载与无载线路间相互影响较小;竖向活载作用下,有载和无载线路挠曲力相仿;重载线路侧双线列车逆向制动时,在本桥墩顶产生的扭矩可超过8 000 k N·m,在墩台设计时应予以考虑。     

CRTS Ⅰ板式无砟轨道连续梁桥温度跨度研究

通过建立钢轨-轨道板-桥梁-墩台垂向耦合静力分析模型,研究伸缩工况、制动工况和挠曲工况对温度跨度的影响,并最终确定铺设CRTSⅠ板式无砟轨道的连续梁桥温度跨度极值。在此基础上对轨道结构和桥墩进行检算,结果表明当扣件纵向阻力调整为17.8 kN/m/轨时,凸台所受剪力刚好未超限。     

基于联动迭代及Heaviside函数的铁路桥墩刚度和位移计算方法

为提高铁路简支梁桥墩刚度及墩顶位移计算的准确度及通用性，克服桥墩及桩基设计中无法实时考虑桩-土耦合作用对刚度的影响，提出一种基于联动迭代及利用Heaviside函数的铁路桥墩刚度及位移计算的广义柔度矩阵法。该算法通过将桩基计算“m”法相关参数代入广义柔度矩阵，实现瞬态反馈桩长及地质变化对桥墩刚度的影响；基于力学等效原则推导集中荷载与分布荷载的等效节点力表达式，并通过将各荷载工况边界条件与Heaviside函数等效置换，得到桥墩单元作用任意形式集中荷载或分布荷载的等效节点力通用完备解；将该算法编入设计程序，实现铁路桥梁桩长、刚度、墩顶位移等参数的精准耦合计算。以变截面圆端形空心桥墩共同作用制动力、纵向风力及土压力为算例，计算结果表明，该算法与3种有限元软件计算的墩顶位移最大误差均在0.600%以内，计算精度高。     

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。     

重载机车二系横向止挡纵向间距对车钩受压稳定性的影响

针对摩擦式车钩受压偏转行为,分析了重载机车二系横向止挡纵向间距对车钩偏转角的关系,通过建立由2台8轴重载机车、1台虚拟货车与4组缓冲器具有迟滞特性的摩擦式钩缓系统组成的列车动力学模型,研究了制动条件下机车二系横向止挡纵向间距对车钩稳定性能与列车运行安全性能的影响规律。计算结果表明:二系横向止挡纵向间距对车钩受压稳定性能及列车运行安全性有重要影响。在500 kN压钩力作用下,当二系横向止挡纵向间距为10 m时,车钩最大偏转角和车体横向错位分别为10°和60 mm,列车安全性指标超出安全限值;当二系横向止挡纵向间距增加至14 m时,车钩最大偏转角和车体横向错位分别减少了70%和67%,列车安全性指标远低于安全限值。在机车设计中,应该适当地增加二系横向止挡纵向间距提高制动条件下列车安全运行性能。     

高速铁路小跨度梁桥墩设计纵向水平刚度限值的探讨

在学习和研究“九五”国家重点科技攻关成果《高速铁路线桥结构与技术条件（标准）的研究》中有关研究报告的基础上，分析论证了高速铁路小跨度梁桥墩设计纵向水平刚度和与之相制约的钢轨制动附加力的关系，概略地给出了跨度为12～32m梁桥墩设计最小纵向水平刚度限值的建议值。     

城市轨道交通长大桥梁上无缝线路钢轨制动力研究

为了保证城市轨道交通长大桥梁上无缝线路的稳定性与安全性,要特别关注列车制动/起动所引起的钢轨与桥梁的相互作用,检算由此产生的钢轨附加力.钢轨所受制动力的大小直接影响着钢轨强度检算和桥墩纵向刚度的取值.采用空间耦合有限元计算模型对列车制动作用下长大桥梁无缝线路钢轨制动力进行研究.通过比较不同工况条件下的钢轨制动力,得出计算制动力时可采用的最不利工况.     

悬挂式单轨车桥耦合动力分析

为研究悬挂式单轨运营过程中桥梁和车辆的动力响应变化规律,以某悬挂式单轨双线7跨30m简支梁方案为工程背景,运用通用有限元软件ANSYS建立桥梁有限元模型,分析桥梁的动力特性;然后在多体动力学软件SIMPACK中建立车桥耦合动力学模型,研究双线列车以运营速度对开通过桥梁时桥梁和车辆的动力响应,并分析轮胎刚度和列车编组对桥梁和列车动力性能的影响。分析结果表明:双线列车以65km/h的速度对开通过桥梁时,桥梁跨中的整体横向位移响应最大值为19.03mm,表明桥墩横向刚度较小;轮胎刚度对车桥系统的加速度响应有显著影响;3辆车编组过桥时,桥梁的竖向和横向响应值明显比1辆车编组大,因此,在车桥耦合动力仿真分析时,必须考虑列车编组对车桥系统动力响应的影响。     

铁路32 m简支梁桥墩顶断轨力取值研究

针对现有规范中断轨力取值偏于保守的现状,以铁路常用跨度32 m简支梁桥为研究对象,运用ANSYS有限元软件,建立梁-轨相互作用三维模型,进行墩顶断轨力合理取值研究。结果表明:当考虑墩顶纵向线刚度、参与受力的钢轨股数、轨温差和活动支座摩阻力等因素影响时,计算得到的墩顶断轨力均小于规范值,其中影响最大的是参与受力的钢轨股数,活动支座摩阻力影响最小,可将其作为安全储备;参与受力的钢轨股数越多,墩顶断轨力比规范值小得越多;在钢轨极限轨温差为60℃时,无砟轨道墩顶断轨力仅为规范值的85%;在考虑单线2股钢轨和双线4股钢轨参与受力、参考规范(32+32)m单双线梁墩顶纵向线刚度分别取165～1 500和265～3 000 kN·cm~(-1)时,有砟轨道和无砟轨道桥梁墩顶断轨力均随着墩顶纵向线刚度增加而增大,有砟轨道和无砟轨道(32+32)m单线梁墩顶断轨力宜分别取规范值的28%～70%和15%～49%,(32+32)m双线梁墩顶断轨力宜分别取规范值的19%～65%和8%～40%。     

重载组合列车机车缓冲器关键技术参数研究

根据大秦线开行2万t重载组合列车对机车缓冲器可靠运用的要求,应用列车纵向动力学软件建立2万t重载组合列车多质点模型和缓冲器数值模型;按照列车紧急制动、常用制动和长大下坡道区段循环制动3种工况,分析比较机车分别装用DFC—E100缓冲器、MT—2缓冲器和QKX100型弹性胶泥缓冲器以及在列车紧急制动工况条件下改变DFC—E100型缓冲器最大阻抗力、行程和初压力等关键技术参数对2万t重载组合列车纵向动力学性能的影响。结果表明:机车装用不同型号缓冲器时的列车最大纵向力均在2 200 kN以内,中部机车的最大纵向力未超过1 700 kN;适宜于2万t重载组合列车的机车缓冲器的额定阻抗力、行程和初压力分别为2.25 MN,110 mm以下和150 kN左右。     

波形钢腹板组合梁挠度计算方法对比

波形钢腹板的剪切变形对组合梁挠度影响显著,不同计算方法结果差异明显。以波形钢腹板组合梁典型结构体系(简支梁和悬臂梁)为研究对象,基于5种计算理论——经典梁法、Timoshenko梁法、弹性剪切变形法、有效刚度法、三角级数理论,通过对比其假设和计算公式,建立空间有限元模型分析在跨中集中荷载和均布荷载作用下不同挠度计算方法的精度,总结适用不同跨高比区间的计算方法。建议简支梁在集中荷载或均布荷载作用下需要考虑剪切变形的跨高比限值均取35;对于悬臂梁,跨高比限值则分别取10,14. 5。