考虑活动支座摩阻的大跨连续梁桥上梁轨相互作用研究

为探究活动支座摩阻对大跨连续梁桥上无缝线路梁-轨相互作用的影响,基于梁-轨相互作用及有限元理论,将活动支座摩阻等效为非线性弹簧,建立可考虑活动支座摩阻的连续梁桥上无缝线路空间耦合模型,对考虑活动支座摩阻前、后的钢轨及桥墩结构受力变形展开对比分析。结果表明,活动支座摩阻增强了连续梁与无缝线路的纵向约束,当活动支座摩阻率从0增大至0.06时,温度作用下,连续梁桥上钢轨纵向力及梁轨相对位移峰值分别减小了24.32%和29.89%,连续梁桥固定墩纵向力增加了2.44倍;制动荷载作用下,钢轨制动力、梁轨相对位移及连续梁桥固定墩纵向力分别减小了53.51%、56.94%和41.63%;断轨工况下,部分断轨力通过活动支座摩阻传递给非固定墩,连续梁桥固定墩纵向力减小了60.64%,钢轨断缝值减小了3.3%;活动支座摩阻对大跨连续梁桥上无缝线路及桥墩纵向力影响较大,建议在大跨连续梁桥上无缝线路及桥墩设计中考虑活动支座摩阻的影响。     

双肢薄壁墩刚构桥上无缝线路有限元分析研究

建立两种以轨道、桥梁、支座、墩台、基础为整体结构的纵向附加力计算有限元模型,计算某特大型双肢薄壁墩刚构桥纵向附加力。计算伸缩力时采用平面有限元模型,同时对线路纵向阻力与梁温差进行参数影响分析;计算断轨工况时,建立半空间有限元模型以反映实际工况,对断缝大小进行准确计算;运用移动加载瞬态分析法,采用平面有限元计算模型,计算绘制钢轨挠曲力包络图,同时求得挠曲力计算的最不利加载位置。     

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%。     

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。     

改善桥上无缝线路梁轨相互作用方法的研究

通过有限元软件对RSB传力杆、纵向连接器和小阻力扣件在改善梁轨相互作用方面进行分析,并对不同工况下钢轨伸缩附加力及伸缩位移、挠曲附加力及挠曲位移、制动附加力及制动位移、断轨力进行对比分析,得出RSB传力杆和纵向连接器在减小钢轨附加力作用方面没有小阻力扣件明显,但在制动力作用下可以明显减小梁轨相对位移,并且在断轨力作用下,可以明显减小断缝值,有利于行车安全等结论。建议采用RSB传力杆和纵向连接器时要进行充分的技术论证,尽量减小维修周期与费用。     

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。     

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。     

桥上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道断轨力作用下梁轨相互作用影响分析

桥上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道在运营过程中由于温度跨度和温度力较大,钢轨受力大而存在断轨危险。利用有限元软件建立了线-板-桥-墩一体化分析模型,研究断轨力作用下梁轨相互作用的影响。结果表明:非折断钢轨、常阻力扣件、轨下基础对折断钢轨的收缩具有约束作用,使得相同位置处同线及邻线非折断钢轨受到较大的附加拉力,同时断轨力对钢轨强度及断缝值影响较小;检算底座板强度及端刺位移时,根据经验将轨道板、底座板的纵向伸缩刚度折减系数取0.3;对不同部件进行强度检算时应首先确定其最不利断轨位置。     

桥上纵连板式无砟轨道挠曲力计算分析

根据桥上纵连板式无砟轨道的结构特点,基于有限元方法建立桥上纵连板式无砟轨道挠曲计算模型,计算温度荷载下的挠曲力,分析列车荷载作用长度、活载入桥方式对挠曲力的影响,研究桥上纵连板式无砟轨道在挠曲力作用下的梁轨相互作用规律。结果表明:桥梁挠曲变形所引起的钢轨纵向附加力较小,其中简支梁桥上钢轨挠曲附加力不超过21.6 kN,连续梁桥上钢轨挠曲附加力不超过24.0 kN;在进行部件的受力检算时,应根据具体的部件选用伸缩力或挠曲力;与桥上有砟轨道及单元板式无砟轨道有较大不同的是,还需要根据不同的检算部件寻求最不利的挠曲力列车荷载加载方式;建议采用活动端迎车进行加载。     

桥梁温度跨度对双块式无砟轨道无缝线路的影响研究

为研究桥梁温度跨度对桥上双块式无砟轨道无缝线路的影响,运用线板桥墩一体化模型,计算不同温度跨度下,分别采用常阻力和小阻力扣件时的钢轨纵向力、道床板纵向力、抗剪凸台纵向力、梁轨相对位移以及钢轨断缝,分析桥梁温度跨度对轨道结构强度与变形的影响。结果表明:(1)随着桥梁温度跨度的增加,钢轨伸缩、挠曲、制动附加力和梁轨相对位移均增大;道床板、抗剪凸台纵向力和钢轨断缝保持不变。(2)扣件阻力减小时,轨道结构纵向力均减小;但梁轨相对位移和钢轨断缝增大。(3)为保证钢轨强度要求,当桥上铺设常阻力扣件时,桥梁温度跨度限值可取135m;当桥上铺设小阻力扣件时,桥梁温度跨度限值可取250m。     

大跨度拱桥上无缝线路纵向力分布规律研究

拱桥在我国高速铁路中应用日益广泛，而不同形式大跨度拱桥上无缝线路纵向力分布规律仍有待探明。以112 m提篮拱桥、140 m钢箱系杆拱桥、(24+160+24)m系杆拱桥及(52+382+52)m钢箱拱桥4种不同形式拱桥为例，建立考虑轨道、梁体、吊杆和拱肋的拱桥-轨道系统精细化仿真模型，深入分析钢轨伸缩调节器对纵向力的影响，揭示复杂温度、竖向活载、列车制动及地震作用下大跨度拱桥与轨道相互作用规律，探讨加载历史对拱桥-轨道系统受力特性的影响。研究结果表明，在温度荷载、竖向活载、列车制动和纵向地震作用下，钢轨应力极值均出现在梁端附近，在梁端设置钢轨伸缩调节器能有效降低钢轨应力；与挠曲力、制动力相比，梁体温度变化引起的伸缩力为主要控制性荷载，吊杆和拱肋的温度变化对拱桥上钢轨纵向力影响较小；地震作用下梁端附近钢轨应力极值达到635.5 MPa;检算墩顶水平力时，应采用考虑加载历史影响的分析方法，计算结果更安全。     

连续梁桥上无缝线路附加力研究

以往对钢轨、轨枕及梁跨结构三者之间产生相对位移的计算模型,没有考虑轨枕位移的影响。在吸收国内外研究成果的基础上,建立了考虑钢轨、轨枕、梁体相互作用的连续梁桥上无缝线路梁、轨相互作用力学模型,并用该模型分析连续梁桥上无缝线路附加力分布规律,对两种力学模型计算结果进行对比。结果表明,挠曲附加力及断轨力受扣件阻力影响很大,降低幅度最多,伸缩附加力受扣件阻力影响小些,降低幅度次之;制动附加与扣件阻力关系不大,钢轨断缝值受扣件阻力影响很大,降低扣件阻力将导致断缝增大。     

32 m简支梁顶梁作业对有砟轨道无缝线路状态的影响

以32 m简支梁为研究对象，测试两端支座顶升、单边支座顶升、单墩支座顶升三种工况下的钢轨应变，计算分析顶升过程中钢轨纵向附加力和落梁后钢轨锁定轨温的变化规律；应用有限元软件建立桥上无缝线路梁轨相互作用模型，采用双线性阻力模型计算三种顶升工况下的钢轨附加力，并与现场测试结果进行对比。结果表明：落梁后钢轨内部存在残余附加力，引起钢轨锁定轨温改变，最大改变量为0.36℃，小于规范规定的5℃限值，不需要进行应力放散；三种顶升工况下，顶梁作业对钢轨纵向附加力影响范围均在顶升桥梁的相邻一跨简支梁以内，且产生的钢轨纵向附加力峰值均位于顶升位置和梁端位置；两端支座顶升方案对无缝线路影响最小，建议桥梁支座更换施工时采用该方案。     

重载铁路非等跨简支梁桥上无缝线路纵向力研究

为研究重载铁路非等跨简支梁桥上无缝线路纵向力的分布规律,建立6-32 m+40 m+6-32 m(30 t轴重)重载铁路简支T梁与轨道相互作用有限元模型,与13-32 m简支梁桥相对比,研究温度、竖向活载、列车制动及地震作用下系统的受力和变形特征,探讨非等跨简支梁(40 m简支梁)对系统的影响规律。研究表明,各类荷载作用下,钢轨应力峰值多集中在各简支梁相接处及跨中位置;地震作用下,钢轨和墩底承受着极大的纵向力;非等跨简支梁桥对伸缩力和挠曲力影响较大,将使钢轨伸缩拉应力增大70%、钢轨挠曲应力增大50%、部分桥墩墩顶挠曲力增大50%;非等跨简支梁桥对制动力和地震力影响较小。     

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。     

轨道框架阻力下桥上无缝线路梁轨相互作用

研究目的:基于轨道框架道床阻力的试验研究成果,建立包含梁缝、梁端悬出长度等局部细节的有砟轨道桥上无缝线路轨-枕(框架)-梁-墩一体化计算模型,提出轨道框架组建原则,构造组建轨道框架的迭代算法,以某(68. 8+120+68. 8) m大跨连续梁桥为例,分析轨道框架阻力下的梁轨相互作用规律,以期为桥上无缝线路设计提供指导。研究结论:(1)本文提出的轨道框架组建算法具有自适应的能力,可依据梁轨相互作用剧烈程度确定轨道框架内轨枕根数,实现线路阻力的自动调节;(2)考虑轨道框架阻力会造成钢轨伸缩力和挠曲力大幅度降低,断缝值大幅度增加,甚至超过规范限值,故建议桥上无缝线路伸缩、挠曲及断轨工况计算中应考虑轨道框架的影响;(3)轨道框架阻力对钢轨制动力影响较小,降低值不超过5. 0%,可采用传统单根轨枕阻力进行计算;(4)本研究成果可为桥上无缝线路设计提供指导。     

支座摩阻效应对大跨长联连续梁桥地震反应的影响分析

为了解支座摩阻效应对长联大跨连续梁桥地震反应的影响,并得出可应用于工程的相应简化计算方法,以处于高烈度区的某铁路大跨长联连续梁为工程背景,按照不计与计入活动支座摩阻效应两种工况,利用Midas/Civil软件建立结构的三维空间杆件模型,并选用软件中的两种双线性理想弹塑性单元模拟支座的摩阻,采用非线性时程分析方法,对结构进行多遇地震下的地震反应分析。分析结果表明,对于这种设置1个固定墩的大跨长联连续梁结构,是否计入活动墩的支座摩阻效应对固定墩的设计影响很大,设计中需要考虑活动墩的支座摩阻。对于此类结构采用反应谱法进行多遇地震下的抗震计算时,活动墩顶的水平地震力可以直接用支座承受的竖向力乘以给定的支座摩阻系数,固定墩顶的水平力用反应谱计算值减掉活动墩水平摩擦力之和的0.8倍,可以满足工程设计精度要求。     

连续梁桥制动墩墩顶纵向水平力值确定的探讨

根据铁路连续梁桥设计中遇到的问题,在制动墩设计中考虑活动支座摩阻力分担制动力的作用,同时考虑温度变化对活动支座摩阻力分担作用的影响,为制动墩设计提出简化、安全、可行的墩顶纵向力的计算方法。     

双固定墩对市域铁路桥上无缝线路纵向力的影响研究

针对双固定墩对桥上无缝线路纵向力的影响开展研究，以某市域铁路为实际工程背景，基于梁轨相互作用原理、非线性有限单元法，建立线-桥-墩一体化计算模型，分析温度变化、列车制(启)动以及断轨工况下双固定墩简支梁桥上无缝线路纵向力变化规律，并以规范要求进行轨道力学检算。计算结果表明，相比普通桥上无缝线路而言，双固定墩对钢轨最大伸缩及制动拉力影响不大，但显著提高伸缩压力的峰值；双固定墩所受纵向力近似为0,但与双固定墩相邻桥墩承受的纵向力增幅达到50%左右；当钢轨在双固定墩处折断时，双固定墩对钢轨断缝有抑制作用；从桥上无缝线路受力角度考虑，当墩刚度低于500 kN/(cm·单线)时，双固定墩桥上无缝线路无需单独进行轨道力学检算，桥梁专业按规范取值进行桥墩检算即可满足工程设计需求。研究结果可为双固定墩桥上无缝线路轨道系统和墩台设计提供参考。