刚构桥上无砟轨道无缝线路静力特性分析

针对刚构桥上无砟轨道无缝线路的受力与变形进行研究，以梁-板-轨相互作用原理为基础，分别建立刚构桥上CRTSⅢ型板式和CRTSⅠ型双块式无砟轨道无缝线路空间耦合模型，计算伸缩、挠曲、制动、断轨工况下轨道结构和桥梁纵向力及位移，并对两种轨道结构静力特性进行对比分析，为刚构桥上无缝线路轨道结构设计提供参考。结果显示：在温度荷载、列车荷载作用下，采用CRTSⅠ型双块式轨道结构时钢轨纵向力更小，但轨板相对位移增幅明显，可能产生安全隐患；在列车制动荷载工况下，采用CRTSⅢ型板式轨道结构时钢轨纵向力与轨板相对位移均更小；在断轨工况下，采用CRTSⅠ型双块式轨道结构时断缝值超过了规范容许限值。建议在刚构桥上采用CRTSⅢ型板式无砟轨道。     

橡胶支座桥上无缝线路梁轨相互作用力分析

根据梁轨相互作用力原理和橡胶支座的特性，提出了橡胶支座桥上无缝线路的伸缩附加力，挠曲附加力，断轨力及支座反力的计算方法，并通过算例对橡胶支座梁与固定－活动支座简支梁的计算结果进行了比较，为桥上无缝线路和桥梁墩台设计提供了理论计算依据。     

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.      

高速铁路长大桥梁无缝线路附加挠曲力计算分析

根据高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路梁轨相互作用原理,结合京沪高铁实际情况,建立了京沪高铁整桥双线有限元模型,以10跨32 m混凝土简支箱梁桥为例,用有限元法计算分析了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路附加挠曲力及附加挠曲位移的分布。计算结果表明,列车在双线简支箱梁上单线运行时,其附加挠曲力值较小,4根钢轨的附加挠曲力值有所差别,但差别不大。钢轨附加挠曲力在桥台处较大,钢轨纵向位移则在桥梁中部较大,在桥台处较小。     

道床阻力区域分布及退化对钢轨纵向力的影响

为深入探索有砟道床阻力演变对桥上无缝线路力学行为的影响,针对路基地段与桥上道床纵、横向阻力开展试验研究.以一座铁路常用双线特大连续梁桥为例,获得了桥上线路阻力分布特征,并提出实际道床在服役过程中存在局部阻力退化现象.在此基础上,建立了可考虑道床阻力非均匀分布与退化效应的桥上无缝线路纵向力学行为分析模型,开展了道床阻力分布及退化对大跨桥上无缝线路力学行为的影响分析.研究结果表明:桥上道床纵向阻力区域分布差异显著,桥跨中部纵向阻力值最大,阻力值为31.8 k N/枕,梁缝附近道床纵向阻力相对较小,阻力值为21.7 k N/枕,阻力退化效应明显;桥上道床横向阻力分布同样表现出一定区域分布特征,但退化效应并不明显,桥跨中部与梁缝处阻力值分别为31.7、25.5 k N/枕;由于受到温度荷载作用下梁体伸缩、列车动荷载作用下桥梁产生振动变位和梁端转角的影响,散体道床始终处于拉伸压缩的动态变化过程中,道床阻力表现出明显的退化特性;考虑道床阻力退化效应时,温度荷载作用下的钢轨伸缩附加力、钢轨位移、梁轨相对位移值有一定衰减,当桥梁温度跨度为140 m时,钢轨纵向附加力最大值减小约11.7%,且衰减率随着温度跨度的增加近似呈线性增长,按现有规范计算方法得到的梁轨相互作用结果偏大.     

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。      

铺设锁定轨温差对无缝道岔受力与变形的影响

为了更好地指导无缝道岔的设计、施工和维护，探讨了不同线路间存在铺设锁定轨温差时，铺设锁定轨温差对无缝道岔受力和变形的影响以及与道岔联结型式、道岔号码、辙叉型式和道床纵向阻力的关系．结果表明，当无缝道岔与相邻线路或相邻道岔间存在铺设锁定轨温差时，传递至无缝道岔上的纵向力增大，导致无缝道岔受力与变形增大．     

高速铁路特大桥上无缝线路纵向附加力计算

将轨道结构、桥梁及墩台基础作为一个整体系统，建立了桥上无缝线路纵向附加力计算的有限元模型，以京沪高速铁路中两座特大桥为例，研究了桥上无缝线路钢轨温度附加力、挠曲附加力的分布及其对桥梁墩台的传递规律，同时还分析了断轨力和制动附加力的影响．计算结果符合桥上无缝线路的基本原理。编制的计算软件(BCWR)，可用于高速铁路特大桥上无缝线路的设计．     

大跨度钢桁斜拉桥上无缝线路制动力的计算

为探讨大跨度钢桁斜拉桥上无缝线路制动力的传力机制,基于有限元法和梁轨相互作用理论,建立了反映斜拉索、主塔、半漂浮体系等桥梁特征的梁轨纵向相互作用平面模型,分析了斜拉索刚度、主塔刚度以及半漂浮体系中粘滞阻尼器对制动力的影响,并提出了制动力的简化算法.研究结果表明:制动力满足斜拉桥上铺设无缝线路的要求,且其分布规律与普通桥上相同;粘滞阻尼器对制动荷载下斜拉桥上无缝线路梁轨相互作用的改善较明显,有效降低了梁轨相对位移,减小了制动力;与主塔刚度相比,斜拉索刚度对桥上无缝线路制动力的影响较大,因此,设计桥上无缝线路时,可只考虑斜拉索刚度的影响.     

主塔相对高差对大跨径悬索桥动力特性的影响研究

为研究主塔相对高差对悬索桥动力特性的影响,建立结构空间有限元模型,分析主塔纵向相对高差系数μ和塔肢横向相对高差系数η对悬索桥动力特性的影响规律;其次进行反应谱分析,研究结构在地震作用下关键截面的动力响应。结果显示:μ和η对悬索桥主梁的振动影响均较小,对主缆和主塔的振动影响较大;悬索桥自振频率对η比μ更敏感;地震作用下,随着μ的增大,矮塔塔底内力在横向和纵向地震力输入下均减小,而高塔塔底的内力变化不明显;η增大时,矮塔内力响应显著增加,抗震设计应予以重视。     

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。      

CRTS Ⅱ型板断裂条件下桥上无缝线路伸缩力特性

为了研究桥上CRTSⅡ型轨道板断裂条件下轨道、桥梁结构纵向受力变形规律及其影响，基于有限元法和梁-板-轨相互作用机理，建立桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型，分析不同轨道板断缝位置、断缝宽度、裂缝深度及轨道板、底座板伸缩刚度对断板条件下桥上无砟轨道无缝线路伸缩力分布规律的影响. 研究结果表明:在计算轨道板断裂条件下桥上无砟轨道无缝线路伸缩力时，应根据不同检算部件选取最不利的断板位置，建议将轨道板断缝宽度和深度分别取2 mm和200 mm、轨道板、底座板伸缩刚度折减至10%～50%，计算结果是偏安全的且不失一般性；轨道板断裂增加了断缝处CA （cement asphalt）砂浆层及底座板断裂的风险，断板侧的钢轨纵向位移及轨板相对位移均在断缝处急剧变化.      

悬索桥重力刚度法及主缆水平拉力计算

对于大跨度悬索桥,加劲梁的抗弯刚度远远小于具备强大拉力储备的主缆的重力刚度,加劲梁的抗弯刚度的大小对全桥结构行为的影响只是处于次要地位。忽略加劲梁的抗弯刚度而将悬索桥当成一个单纯的索结构来分析它的内力和变形的方法就是重力刚度法。通过与悬索同跨简支梁的剪力和弯矩来明确重力刚度的概念,并揭示该剪力和主缆水平拉力、该弯矩和主缆挠度之间的关系。分别采用重力刚度法和通用软件ANSYS来计算悬索桥的内力和变形,其结果接近,说明采用重力刚度法计算的结果也是具有参考价值的。     

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.      

客运专线斜拉桥梁轨相互作用设计参数

采用非线性弹簧模拟桥梁和轨道的相互作用,根据相关文献的试验结果对模拟方法进行验证。以沪昆客运专线上某槽型截面独塔斜拉桥为算例,采用大型通用有限元软件ANSYS建立了塔-索-轨-梁-墩统一的空间有限元模型,对斜拉桥钢轨纵向力的传递规律进行了分析,研究了纵向阻力模型、斜拉桥结构体系、温度荷载与风荷载等设计参数对钢轨纵向力的影响。分析结果表明:钢轨纵向阻力可按理想弹塑性模型进行简化;与漂浮体系相比,塔梁固结可减小约30%的钢轨纵向力;在计算钢轨伸缩力时可按照梁体升温15℃和拉索升温40℃加载;在风速较大的地区,风力引起的斜拉桥上钢轨纵向力可超过60kN。