桥上单元板式无砟轨道无缝线路的适应性

为研究适应连续梁桥上单元板式无砟轨道的最大温度跨度,采用有限元方法建立了线-板-桥-墩一体化计算模型,分析了在不同轨温变化幅度下,桥梁伸缩、墩顶水平位移及列车制动荷载对桥上单元板式无砟轨道无缝线路温度跨度限值的影响.研究结果表明:温度跨度限值随轨温变化幅度的增加而降低;为保证钢轨强度、横向压弯变形及钢轨与轨道板相对位移等满足要求,当考虑桥梁伸缩时,以轨温变化40 ℃为例,其适应的温度跨度限值为271 m;随着墩顶水平位移的增加,桥梁温度跨度限值显著降低,当墩顶位移为30 mm时,温度跨度为237 m,当高墩桥梁墩顶位移超过30 mm时,应结合实际墩顶位移计算温度跨度限值;制动荷载下线路坡度对温度跨度限值影响较小,当线路坡度为20‰时,桥梁温度跨度限值为258 m.      

高速铁路简支梁桥墩顶纵向刚度差研究

为研究高速铁路多跨简支梁桥墩顶纵向刚度差对梁轨相互作用的影响规律,以合福客运专线段某多跨简支梁桥为例,建立考虑温度、活载、列车制动等荷载作用的16-32 m简支梁桥-双线轨道系统仿真模型,分析了复杂地形地质条件导致的墩顶纵向刚度差异对多跨简支梁-轨道系统受力特性的影响,采用荷载步法考虑多种荷载工况组合,基于国内外现行规范,对不同刚度差条件下系统的受力和变形情况进行评判,从梁轨相互作用角度探讨墩顶纵向刚度差限值的取值方法及建议。得到的主要结论包括:当墩顶纵向刚度满足规范建议刚度限值时,随着墩顶纵向刚度差的增大,钢轨应力、梁轨相对位移、墩顶水平位移等指标略有变化,但均不控制设计;当墩顶纵向刚度差异达100%时,刚度较大墩墩顶水平力快速增大,将导致桥墩设计困难。     

桥墩温度梯度对桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道纵向力的影响

针对桥墩温度梯度引起的桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向附加力与变形, 以梁-板-轨相互作用原理和有限元法为基础, 建立了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空间耦合模型, 详细考虑了钢轨、轨道板、CA砂浆、底座板及桥梁等主要结构和细部结构的空间尺寸与力学属性; 采用单位荷载法计算了桥墩纵向温差作用引起的墩顶纵向位移, 分析了墩顶位移影响下桥上无砟轨道无缝线路纵向力与位移的分布规律。分析结果表明: 当各墩顶发生均匀位移时, 多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上无砟轨道无缝线路纵向力分布规律及其最大值一致, 且随着墩顶均匀位移的增加而线性增大, 轨板相对位移峰值均出现在两侧桥台、台后锚固结构末端以及第2跨和最后一跨固定支座墩顶处; 当墩顶均匀位移为5 mm时, 多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上钢轨最大纵向力分别为79.62和79.54 kN, 最大纵向位移分别为4.94和4.91 mm, 轨板最大相对位移均为0.23 mm; 当各墩顶发生不均匀位移时, 钢轨纵向力及轨板相对位移均在邻墩位移存在差异处发生突变, 多跨简支梁桥上固结机构纵向受力大于大跨连续梁桥; 对于高墩桥梁, 需重点关注相邻墩身高差最大处的轨板相对位移、底座板与桥梁相对位移及固结机构的纵向受力。      

简支梁桥上无缝道岔纵向力影响因素分析

根据桥上无缝道岔纵向相互作用的特点,建立了道岔-桥梁-墩台一体化有限元计算模型,以18号道岔铺设在简支梁桥上为例,分析了钢轨温度、桥梁温度、桥梁跨度、支座布置形式、墩台刚度、辙跟传力部件结构及阻力参数等对简支梁桥上无缝道岔受力与变形的影响.计算结果表明,简支梁桥上的无缝道岔对线路和桥梁的影响范围仅限于与道岔相邻的2孔梁以内;应采用道岔里轨与简支梁伸缩位移方向相反的桥上无缝道岔布置方式;应适当增大道岔范围内桥墩的纵向刚度;桥上无缝道岔辙跟不宜采用间隔铁结构;18号道岔宜铺设在跨度32或48 m的简支梁桥上.     

桥梁温度跨度对CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路的影响

为探索桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道的桥梁温度跨度的合理限值,运用线板桥墩一体化模型计算了不同温度跨度下钢轨制动力和伸缩力,基于弹性点支承梁理论分析了桥梁温度跨度对钢轨强度的影响,运用屈曲有限元分析了桥梁温度跨度对无缝线路稳定性的影响,根据钢轨与轨道板的相对位移分析了桥梁温度跨度对扣件耐久性的影响。结果表明,为保证无缝线路强度、稳定性及扣件耐久性,桥梁温度跨度的合理限值为482 m。     

中小跨度桥上无缝线路铺设条件研究

应用桥梁、钢轨相互作用原理及计算模型，分析了铁路简支梁桥上有碴轨道铺设无缝线路时钢轨纵向附加力的作用机理及分布规律，并总结了桥上铺设无缝线路时轨道结构的检算项目，给出了算例．研究表明，当跨度L≤32ITI的刚性墩台钢筋混凝土简支梁桥上铺设60kg／m无缝线路，不论桥梁有多长，只要钢轨温升△t≤44℃，钢轨温降△t≤49℃时，无缝线路钢轨能够满足断缝、强度和稳定性的要求，可对桥梁全长不作限制，也可对轨道结构不进行检算．     

桥上无缝线路附加力影响参数

根据桥上无缝线路附加力影响区两端的边界条件，研究了不同计算条件下的桥外影响区长度，分析了铁路桥上无缝线路附加纵向力计算的各影响参数，阐明了桥外影响区长度、钢轨最大受力以及钢轨最大位移的变化规律。结果表明，桥外影响区的长度并不是定值，减小线路纵向阻力、桥梁的跨度、跨数、惯性矩以及增大桥墩的刚度，可以减小钢轨的最大拉力以及钢轨的最大位移，减小断轨发生的可能性；同时，减小线路纵向阻力，可以减小桥梁墩台的受力。     

温梯荷载下桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的力学特性

为研究横向和竖向温度梯度对桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力学特性的影响,以梁-板-轨相互作用原理为基础,建立大跨度连续梁桥上 CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间精细化有限元模型,计算了轨道板竖向温度梯度和阴阳面横向温度梯度荷载作用下各轨道和桥梁结构的纵向力和位移. 结果表明:在其他温度荷载相同的情况下,轨道板竖向温度梯度对钢轨的纵向力和位移影响不大;当阴阳面横向温度差为10 ℃时,连续梁上背阴侧钢轨最大的纵向力是向阳侧的1.4倍,背阴侧桥墩最大的纵向力是向阳侧的3.5倍;在横向温度梯度作用下,钢轨纵向附加力由梁体伸缩和扭曲变形共同作用产生,横向温度梯度越大,背阴侧钢轨纵向力、位移最大值越大,向阳侧钢轨纵向力、位移最大值越小;横向和竖向温度梯度的存在不利于轨道和桥梁结构安全使用,因此,在高温差地区设计东西走向的大跨度桥上无缝线路需重点关注钢轨、轨道板和桥梁墩顶受力,并且对无缝线路的横向稳定性进行验算.      

桥上无缝线路钢轨断缝计算方法的研究

基于有限单元法，建立了线一桥一墩一体化桥上无缝线路计算模型，考虑相邻轨条及桥墩纵向刚度的影响，计算了一根钢轨折断后的开口量，并分析比较了不考虑相邻轨条限制作用、不考虑桥墩纵向刚度、多根轨条同时折断等简化算法的计算偏差，为桥上是否设置钢轨伸缩调节器提供了依据。     

列车荷载下桥上CRTS Ⅲ型板式无砟轨道挠曲力与位移

针对中国自主研发的CRTSⅢ型板式无砟轨道在运营阶段的受力变形问题, 以梁-板-轨相互作用原理为基础, 考虑钢轨、轨道板、自密实混凝土层及底座板等细部结构的空间尺寸与力学属性, 运用有限元法建立了高速铁路桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型; 计算了列车荷载作用下轨道及桥梁结构的挠曲力与位移, 分析了不同列车荷载作用长度、桥上扣件纵向阻力及墩台顶固定支座纵向刚度对挠曲力与位移的影响。研究结果表明: 在全桥加载情况下, 多跨简支梁桥上钢轨挠曲力在支座处表现为拉力, 跨中表现为压力, 大跨连续梁主桥上钢轨挠曲力在两侧边跨表现为拉力, 中间跨表现为压力, 单线加载时2种桥上有载侧钢轨挠曲力分别达到了38、53 kN, 约为双线加载时的1/2;轨道、桥梁结构纵向力与位移最大值不同时出现在同一工况下, 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, 并将ZK活载中的集中力设置在跨中位置; 采用小阻力扣件可以改善钢轨受力与变形, 简支梁桥和连续梁桥上钢轨最大挠曲力分别减小了35%和22%, 钢轨纵向位移分别减小了7%和5%, 但轨板相对位移分别增大了26%和30%, 需加强观测以控制钢轨的爬行; 从轨道及桥梁结构的安全性与耐久性角度考虑, 建议将墩台顶纵向刚度控制在设计值的1.0~1.5倍范围内。      

高速铁路桥上无缝线路断轨力计算模型

在吸收前人研究成果的基础上,采用实体单元模拟桥梁及桥梁墩台,采用空间梁单元模拟钢轨及轨枕,采用弹簧单元模拟钢轨、轨枕、桥梁与墩台之间的连接,建立了断轨三维有限元空间力学模型。以秦沈客运专线10跨32 m简支双线整孔箱形梁桥为例,对其进行断缝值影响因素分析。研究结果表明:对于多跨简支梁桥,断缝与梁温度变化幅度、断缝位置、支座摩擦阻力关系不大;断缝值与扣件纵向阻力、钢轨温度变化幅度、桥墩纵向刚度、钢轨类型关系比较密切;断缝值及采用的力学计算模型也有一定的关系,相比传统计算模型,空间力学模型计算结果偏小。     

小阻力扣件桥上无缝线路附加力

在铁路桥梁上铺设无缝线路，为了降低梁跨结构和钢轨之间的相互作用力，往往采用小阻力扣件。在有碴桥上无缝线路采用小阻力扣件，在钢轨、轨枕及梁跨结构三者之间将产生较明显相对位移，以往的计算模型没有考虑轨枕和钢轨相对位移的影响，与有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路工况存在较大偏差。在吸收国内外研究成果的基础上，建立了一种能综合考虑钢轨、轨枕、梁体三者相互作用的有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路附加力计算力学模型，给出了算例，对不同力学模型计算结果作了对比。计算结果表明，新模型计算结果要小于既有模型，对于柔性墩台结构，差分尤其明显。不考虑轨枕位移，该模型也适用于无碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路附加力计算，相比有碴桥，小阻力扣件无碴桥上无缝线路附加力有较大幅度增加。     

连续梁桥上无缝道岔伸缩力与位移计算

将钢轨和梁体视为杆单元,轨枕视为梁单元,扣件阻力、道床阻力和桥墩刚度视为弹簧单元,建立了计算连续梁桥上无缝道岔伸缩力与位移的有限元力学模型,根据变分原理和“对号入座”法则建立了模型求解的非线性方程组,分析了道岔设计参数对桥上无缝道岔伸缩力和位移的影响。研究结果表明:伸缩调节器布置在道岔的后端,连续梁固定墩的纵向力可降低43.2%;增加连续梁固定墩纵向刚度有利于减小钢轨位移;连续梁固定支座的位置对系统的受力与变形有双重影响,实际设计时应综合考虑。     

铁路大跨桥梁新型高墩抗震性能研究

结合黄陵-韩城-侯马铁路可行性研究中的大浴河特大桥主桥的方案研究,提出了一种新型铁路高墩——四柱式桥墩．分析表明,在只研究桥墩刚度时,四柱式桥墩可以采用常用的梁单元进行建模．在具有相同自振特性的前提下,分别采用抛物线形及直线形的四柱式桥墩的主桥,其桥墩混凝土的用量相时于传统矩形空心墩,要分别减少约15％及20％．由于四柱式桥墩混凝土用量的减少及在构造上允许墩柱间隔板开裂,其抗震性能优于矩形空心墩．     

高墩大跨简支梁桥的特殊梁轨纵向力及其影响

为探讨主梁收缩与徐变和桥墩梯度温度荷载在高墩大跨简支梁桥中产生的特殊梁轨纵向力,以10跨64 m简支梁桥为工程背景,基于有限元法和梁轨相互作用原理,建立了轨道-梁-墩-基础一体化计算模型,研究收缩与徐变效应、梯度温度模式、墩高等对纵向力的影响规律,并与常规纵向力进行了对比分析.研究结果表明:主梁收缩与徐变引起的梁轨纵向力由纵向缩短效应控制,与竖向挠曲效应关系较小,且该项纵向力大于伸缩力或挠曲力,使得桥台产生较大的水平力;指数分布和线性分布梯度温度模式计算得到的纵向力分别约为制动工况下的20%~30%和50%~100%,指数分布梯度温度模式相对合理,温度曲线参数对纵向力的影响有限,建议尽快制定合理、统一的桥墩梯度温度荷载.