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。     

大跨度铁路连续梁-拱组合桥与无缝线路相互作用研究

研究大跨度铁路连续梁-拱组合桥与无缝线路的相互作用问题,采用非线性弹簧单元模拟梁轨接触,以某桥(82.9+172+82.9)m连续梁拱桥为例,建立考虑拱肋、横撑、斜撑、吊杆、主梁、轨道以及相邻路基梁轨相互作用模型,系统分析温度荷载、活载、制动力、风荷载、混凝土收缩徐变、支座不均匀沉降作用下连续梁-拱桥无缝线路纵向力的分布规律。研究结果表明:钢轨在跨中位置对梁体升温敏感程度大于梁端位置;单线活载与制动或牵引作用下,钢轨应力在中间加载时比左、右侧加载大;纵向风力达到1 k N/m以上的地区,须考虑风荷载的影响;同时,混凝土收缩徐变在降温荷载工况下,对钢轨应力有不利影响;支座沉降作用下,钢轨最大应力为4.9 MPa,设计时应予以考虑。     

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。     

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。     

某中小跨径下承式系杆拱桥稳定性影响因素分析

作为以受压为主的结构,系杆拱桥的稳定问题,特别是横向面外稳定问题是系杆拱桥的重要研究方向之一。本文在稳定分析理论的基础上,利用有限元软件MIDAS Civil对某中小跨径下承式系杆拱桥的稳定性进行分析,得到了该桥的稳定特征值和失稳特征,随后在此基础上探讨了拱肋横撑形式、吊杆形式及矢跨比等影响因素对系杆拱桥稳定性的影响。通过分析可知:拱肋横撑形式主要影响拱桥的横向稳定性,四种横撑形式的稳定性关系为:"米"字撑"K"字撑"一"字撑无横撑;吊杆形式对拱桥的纵向稳定性影响更大,且吊杆形式越复杂,拱桥纵向刚度越大,纵向稳定性越好;随着矢跨比的增大,拱桥的特征值呈现先增大后减小的变化趋势,当矢跨比为1/5时达到最大值。     

大跨度中承式拱桥桥上无缝线路计算分析

运用梁轨相互作用原理,建立“线-桥-墩”纵向相互作用一体化模型.以某一大跨度双线中承式拱桥为例,运用简化算法建立有限元模型,对不同工况下桥上无缝线路进行计算分析.分析表明:拱肋的日温差对钢轨伸缩附加力影响很小,对拱肋自身的受力影响很大,应考虑拱肋日温差的取值;钢轨挠曲附加力远小于钢轨伸缩附加力,挠曲附加力在钢轨强度检算中不起控制作用,但在拱肋设计检算中可能起控制作用;制动力使得拱肋承受拉力,对拱肋受力不利,检算时应当考虑制动工况.     

大跨度单线铁路连续梁拱桥施工仿真及稳定分析

以一大跨度连续梁拱桥为工程背景,通过对全桥施工阶段仿真模拟和稳定分析,研究架设拱肋后各个阶段主梁的位移、内力、拱肋应力以及梁拱结构的稳定性。研究结果表明,拱肋架设和吊杆张拉使主梁的内力和位移发生较大变化,且主梁边跨和中跨的变化趋势不同;施工过程中桥梁结构整体稳定性良好,并提出了拱肋浇筑时的最不利情况。     

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。     

多维激励下大跨上承式铁路钢桁拱桥空间地震响应

以某490 m上承式铁路钢桁拱桥为背景,采用SAP2000软件建立全桥动力计算模型,进行1维、2维和3维一致地震动激励下的地震响应分析。结果表明:对于由多片拱肋组成的钢桁拱桥,任何单方向地震动激励在拱肋弦杆内都将引起较大的轴力,横向和竖向地震动激励在拱顶区域弦杆内引起的轴力为纵向地震动激励下相应轴力的1.4～3.6倍,拱顶处下弦杆引起的面内弯矩为纵向地震动激励下相应弯矩的4.2～5.5倍;对拱肋下弦杆,拱脚为抗震薄弱部位,对拱肋上弦杆,拱脚、拱顶及立柱与上弦杆相交部位均可成为潜在的抗震薄弱部位;在多维地震动激励下,拱肋上弦杆最大轴力呈非对称简谐函数分布,而下弦杆最大轴力发生在拱脚,并向跨中方向急剧衰减;建议对复杂钢桁拱桥应同时进行2维和3维地震动激励分析,以确定最不利响应;多维激励下拱肋下弦杆正应力主要由轴力引起,但拱肋上弦杆正应力则由轴力、面内和面外弯矩共同引起。     

大跨度上承式钢管混凝土拱桥设计研究

研究目的:大跨度上承式钢管混凝土拱桥,结构受力复杂.结构形式和施工方法的选择对拱肋受力、桥上无缝线路设计、列车行车安全性和平稳性有较大的影响.因此,本文对此进行研究探讨.研究结论:上承式拱桥是跨越山区河流、深谷的合理桥式.通过对某线黄河特大桥上承式钢管混凝土拱桥的设计研究,得出如下结论:(1)拱肋截面形式、拱肋横倾角及拱上建筑主梁跨度、支墩顶支座布置方式等有关设计参数对无缝线路、车线桥动力性能影响的计算研究结果;(2)拱肋矢跨比及拱轴系数、钢管拱架设方案、管内混凝土灌注顺序选对拱肋应力影响的研究结果;(3)形成了一整套上承式铁路拱桥设计研究的新思路、新方法.     

城市轨道交通连续桩板结构上无缝线路纵向力分析

连续桩板结构与无缝线路间的梁轨相互作用规律复杂,为研究该结构上无缝线路的纵向力规律,以福州地铁6号线某一连续桩板结构过渡段为工程背景,运用梁轨相互作用原理,建立此过渡段梁轨相互作用有限元模型,进而分析该过渡段上无缝线路纵向力规律。研究结果表明:钢轨制动力受桥梁跨数,结构纵向刚度以及制动荷载位置的影响较大;简支梁桥上列车制动时,应以制挠力为分析指标;桩板结构上列车制动时,可以制动力为主要分析指标。桩板结构上钢轨伸缩力呈对称分布,且远大于简支梁桥上的钢轨伸缩力;增设变形缝能显著减小桩板结构上的钢轨伸缩力。对于长距离连续桩板结构,可在结构中点处设置钢轨伸缩调节器;钢轨断缝值受桩板结构温降影响显著,两者呈线性变化。     

考虑加载历史的高速铁路梁轨相互作用分析

目前大多数梁轨相互作用研究中并未考虑加载历史的影响,本文推导了考虑加载历史的线路纵向阻力表达式,与梁轨相对位移的微分方程联立,迭代求解钢轨纵向力和墩台水平力,计算结果更贴近实际情况。以高速铁路简支梁桥、连续梁桥和独塔斜拉桥为算例,采用考虑加载历史的荷载步法计算挠曲力和制动力,并与影响线及逐跨加载法进行对比。分析在梁体温度变形基础上各纵向力的计算方法,并与数值相加的结果进行比较。研究表明,逐跨加载法误差较大,影响线法计算钢轨纵向力结果虽偏安全,但其计算出的墩顶水平力比实际结果小10%~40%;通过单独计算钢轨纵向力并数值相加来检算钢轨时,应考虑伸缩力或制动力系数为-1时的情况;检算墩台时采用数值相加法有时会比实际结果小40%。     

线路纵向阻力形式对桥上无缝线路计算影响

为了研究线路纵向阻力形式对桥上无缝线路纵向力的影响,基于梁轨相互作用原理,采用有限元方法建立了线-桥-墩一体化计算模型,以多跨简支梁为例,分析了常阻力、双线性和幂指数型等不同形式的线路阻力对计算桥上无缝线路时的影响。计算结果表明:常量阻力下计算得到的钢轨伸缩力较双线性及幂指数型阻力要小,且随温度跨度的增加双线性和幂指数型计算结果越来越接近,而常量阻力与两者差别逐渐增大;计算钢轨制动力时,常量阻力计算结果要小得多,且梁轨相对位移较大,已超出我国检算标准;不同钢轨降温幅度下,双线性和幂指数型阻力计算的钢轨断缝值基本相同,但却远小于常量阻力,且钢轨降温幅度越大,差别越大。由此可知,应重视线路阻力形式的选取,尽量由实际测试数据进行拟合,使其能模拟真实的现场情况。     

寒冷地区有砟单线连续梁桥墩纵向线刚度研究

连续梁桥在我国铁路建设中得到了大量应用,但对寒冷地区连续梁桥墩合理刚度限值的研究还较为缺乏。本文基于梁轨相互作用理论,建立了线-桥-墩一体化模型,针对客货共线铁路、高速铁路及城际铁路常用的(32+48+32) m、(40+64+40) m、(48+80+48) m及(60+100+60)m有砟单线连续梁桥,系统研究了连续梁桥墩纵向水平线刚度对钢轨伸缩力、制动力、断缝值及梁轨相对位移的影响。在此基础上,以钢轨强度条件、钢轨断缝值及梁轨相对位移作为控制条件,提出了不同铁路等级、不同连续梁跨长下的合理连续梁桥墩刚度限值,研究成果可为工程设计提供依据。     

多线预应力混凝土斜拉桥上无缝线路纵向受力与变形

为探讨大跨度斜拉桥上无缝线路纵向受力与变形规律,以一座多线预应力混凝土斜拉桥为例,采用有限元法建立了"塔-索-梁-轨"空间耦合有限元模型,分析了温度荷载、列车荷载以及制动荷载对桥上无缝线路纵向受力与变形的影响。结果表明:当桥塔温度变化时,钢轨伸缩力、钢轨纵向位移和桥梁的纵向位移均无明显变化,钢轨伸缩力最大幅值出现在连续梁两部,并在简支梁梁缝处出现峰值;在列车荷载作用下,各条线路的钢轨挠曲力和钢轨纵向位移随着距加载线路距离的增大而逐渐减小,钢轨挠曲力最大幅值出现在连续梁端部;在制动荷载作用下,钢轨制动力最大幅值出现在连续梁端部,并在加载的起点与终点出现峰值突变,加载的起点或终点与连续梁端部重合时为最不利位置。研究结果可为大跨度斜拉桥上无缝线路设计提供理论参考。     

既有线简支梁桥无缝线路计算分析

文章介绍了既有简支梁桥无缝线路纵向力计算以及钢轨折断断缝值检算,分析了各参数对纵向力的影响,其中桥长对伸缩力的影响与跨数有关,挠曲力、断轨力的大小与桥长无关,在轨温变化幅度超过一定值时,钢轨折断断缝值与桥梁长度无关,因此不宜以桥梁长度来判别桥上无缝线路是否需作单独设计,而应以桥梁跨度等参数来判别。     

客运专线无缝道岔梁几个设计问题的探讨

从最大道岔钢轨伸缩力、最大梁轨相对位移、辙叉处总相对位移、转辙机处总相对位移等方面分析,认为尖轨尖端、心轨跟端到无缝道岔梁梁缝的距离在10~25 m时,道岔的受力、变形等没有质的变化,必要时可以略为放松限制值;道岔梁采用连续梁时由于温度跨较大,纵向钢轨附加力一般较大,在八字渡线及车站咽喉区有多联道岔梁相连的情况,纵向钢轨附加力很容易超过钢轨受力要求,介绍在道岔梁中插入1~3孔简支梁,可以极大地降低纵向钢轨附加力;对于道岔连续梁,为增加桥墩纵向水平刚度采用多个固定支座是一般的认识,计算分析后认为虽然每个固定墩承受的制动力下降了,但增加了收缩徐变、温度变化产生的水平力,并且后者远大于前者,一般不宜采用多固定支座方案;在道岔较多的地方,如果外部条件容许,选择框架桥作为道岔梁是一个不错的选择,结合一工点桥梁作了简要的介绍。     

一致激励下大跨度连续钢桁架柔性拱桥空间地震响应分析

基于多自由度空间结构体系地震响应分析的基本理论,利用ANSYS建立空间有限元模型,采用动力时程分析法分析一座大跨度连续钢桁架柔性拱桥在一致激励不同地震工况作用下的空间地震响应。研究结果表明:一致激励作用下,拱肋轴力、主桁弯矩峰值均出现在拱脚和边墩附近,拱肋横向位移峰值出现在每跨拱顶截面,纵向位移峰值沿桥长变化平缓;横向激励对横向位移影响大,对纵向位移影响小,纵向激励对纵向位移影响较大,对横向位移影响较小,竖向激励对水平位移影响较小;地震波组合输入对结构内力影响较单向输入大。建议在大跨度连续钢桁架柔性拱桥抗震设计中充分考虑地震空间特性,提高桥梁横向刚度,优化拱脚、边墩附近结构设计。     

下承式悬链线钢管混凝土拱桥空间稳定性参数敏感性分析

为研究下承式悬链线钢管混凝土拱桥空间稳定性及影响该种桥型结构稳定的参数敏感性,以运城市某省道上一座27+60+27 m下承式悬链线钢管混凝土拱桥为背景,采用Midas/Civil 2012有限元软件对该桥进行建模,在成桥状态及成桥运营状态2种工况下对其进行稳定性分析。结果表明,该种桥型拱肋结构存在"面内失稳"和"面外失稳"2种失稳状态,拱肋面外刚度小于面内刚度,拱肋结构失稳模态首先表现为拱肋面外侧弯失稳。同时选取拱肋间连接形式、拱肋钢管壁厚t、拱肋单侧吊杆布置数量n、拱肋管腔混凝土弹性模量E、拱肋矢跨比f/L、拱肋拱轴系数m等影响结构稳定性的参数进行对比分析,得出影响结构稳定性的敏感参数,可供同类型桥梁在结构稳定性设计时参考借鉴。     

高速铁路下承式连续刚构-拱组合桥的冲击系数研究

以某高速铁路下承式3跨连续刚构-拱组合桥为依托，基于有限元理论和多体动力学理论建立车-桥耦合动力分析模型，进行20组轨道不平顺、75个速度共1 500种工况的下承式连续刚构-拱组合桥边跨梁、中跨梁、拱肋和吊杆主要构件冲击系数的变化规律及分布特征研究，并对得到的冲击系数进行曲线拟合。结果表明：连续刚构-拱组合桥主要构件在不同位置处冲击系数存在差异，边跨梁的冲击系数大于中跨梁；列车出桥侧边跨梁跨中冲击系数最大，其值为1.131，中跨梁跨中最小，其值为1.020；桥梁中跨1/4位置处的梁、拱肋和吊杆的冲击系数相对较大，且从大到小依次为吊杆、拱肋、梁。相比现行铁路桥梁设计规范中全桥取同一个冲击系数，本文得到的冲击系数拟合式能准确计算桥梁不同构件的冲击系数，可用于桥梁主要构件的设计。