高速铁路简支梁桥上周期性高低不平顺成因分析及控制指标研究

自高速铁路开通运营以来,在多次轨道检测过程中发现32 m简支梁上存在周期性的轨道高低不平顺,为了查明桥上轨道不平顺的成因以及其对车辆和桥梁动力性能的影响,分析了列车荷载的影响,并对实测混凝土徐变与计算值进行了对比。分析结果表明,混凝土收缩徐变是桥上周期性不平顺形成的主要因素,桥上周期性不平顺值还未达到I级超限的标准。通过车-线-桥垂向耦合振动分析可知,在不同的徐变上拱情况下,轮重减载率相对于车体振动加速度和乘坐舒适度对轨道不平顺的变化更加敏感,而桥梁的动力响应均满足限值的要求。在轨道铺设后,当速度在300～350 km/h时,建议32 m简支梁上的徐变上拱值控制在7 mm内,该值与德国规范DIN-Fachbericht 103的要求一致。     

考虑混凝土徐变效应的城市轨道交通标准简支梁桥铺轨时机研究

为保证城市轨道交通轨道平顺性和后期行车安全,文章运用Midas软件建立简支梁桥-无砟轨道/二期恒载加载周期徐变模型,结合对简支梁张拉后不同铺轨时间监测的简支梁徐变情况,对简支梁铺轨后徐变上拱值进行研究。结果表明：预应力张拉15天后进行轨道铺设与预应力张拉60天后进行轨道铺设相比,跨中徐变上拱值在铺轨后差6mm,在180天时（初期运营）差3.2mm,在1年及10年时徐变上拱值分别相差2.9mm、3.0mm,且15天铺轨后期徐变上拱值小于5mm,满足相关规范要求。相关研究可为其他类似工程中标准简支梁最佳铺轨时机和施工流程的确定提供参考和借鉴。     

高铁常用跨度简支梁桥上轨道周期性不平顺影响分析

通过对桥梁徐变上拱设计和相应规定、轨道不平顺检测方法、实测资料以及线路规范的对比和理论计算,进行高铁常用跨度预应力混凝土简支梁桥上轨道产生波长为32 m的轻微周期性不平顺现象研究。结果表明:线路、桥梁规范中线路高低Ⅰ级管理值、梁跨竖向残余变形的规定是一致的;轨面不平顺静、动态检测结果不可以用来直接对比;京沪高铁桥上轨道周期不平顺的桥跨长度占比随着时间发展逐渐增大,开通4年后占比持平至约66%,桥上轨道周期性不平顺峰值均值、标准差及变异系数分别约为2.28 mm,0.57 mm和0.25;开通5年后98.4%,99.9%和100%的桥上轨道周期性高低不平顺峰值分别小于5,6和7 mm;当连续多跨简支梁徐变值均大于3 mm时,线路TQI高低已超过规范管理限值,建议通过轨面设置反预拱度,避免由梁体徐变带来的大面积轨道精调作业。     

大跨度无砟轨道连续梁桥后期徐变变形研究

无砟轨道能适应高速铁路高平顺性和高稳定性的要求,但可调性很小。预应力混凝土的后期徐变变形会引起桥梁的上拱和下挠,造成轨道不平顺。本文研究混凝土桥梁徐变变形的原理和计算方法,对现行中国铁路规范、中国公路规范和欧洲混凝土规范中的混凝土徐变系数与试验值作了比较。结果表明。3个规范的徐变系数都较实测值大,中国现行铁路规范的混凝土徐变系数又较另2个规范大,比较保守。对一座85 m＋135 m＋85 m的高速铁路预应力混凝土桥梁,模拟施工全过程,按成桥后10 d和90 d两种时间铺轨,计算分析铺轨后20年间由混凝土收缩、徐变、预应力损失引起的徐变变形。结果表明,按现行铁路规范计算所得的上拱值最大可达20 mm,比按现行公路规范计算大得多;徐变变形对铺轨时间较敏感,成桥后等待90 d再铺轨,后期徐变变形上拱度可显著下降。     

基于高低的高速铁路简支梁徐变上拱识别方法

研究目的:现有监测手段难以高效经济地测量高速铁路全线简支梁的徐变上拱量,但可以通过分析轨道动态检测数据实现有效识别。因此,本文选取我国某高速铁路长达7年的检测数据,结合小波分解、极值点搜寻和概率分布拟合,对每一跨简支梁的高低波形进行识别,然后通过波形关键点识别简支梁徐变上拱量,并研究其发展规律。研究结论:(1)波形识别算法对24 m梁和32 m梁的识别准确率分别为94.3%和96.4%;(2)简支梁徐变上拱与混凝土徐变的发展规律相近,利用最小二乘法拟合得到了上拱量发展曲线;(3)在线路开通运营6年后,24 m梁上拱量的中位数在1.5~2.0 mm之间,32 m梁上拱量的中位数在2.0~2.6 mm之间,简支梁徐变上拱的发展趋于平缓,未来的发展空间有限;(4)本研究成果对掌握高铁桥梁变形状态和指导线路养护维修具有参考价值。     

桥梁竖向变形对轨道平顺性的影响研究

研究目的:高速铁路桥梁竖向变形会引起轨道不平顺,进而影响高速铁路安全高效运营。以32 m高速铁路简支梁桥为研究对象,基于已有的桥梁竖向变形与轨面几何形态的映射解析模型,定量化研究了多种桥梁竖向变形模式的变形幅值、梁端悬出长度及砂浆层竖向刚度等关键参数对CRTSⅠ型板式无砟轨道结构轨面平顺性的影响,提出了控制钢轨变形的措施,为综合治理高速铁路桥梁钢轨变形提供理论参考。研究结论:(1)桥墩沉降、梁端竖向转角和梁体错台均会导致钢轨跟随梁体变形,并在变形区域边界上出现钢轨上翘;(2)钢轨变形量与桥梁竖向变形幅值呈正比,控制钢轨变形的关键在于减小桥梁竖向变形;(3)通过适当减小梁端悬出长度和减小砂浆层竖向刚度等方式,可以达到控制轨面变形的目的;(4)本研究成果可为高速铁路桥梁钢轨竖向变形控制提供理论参考。     

徐变上拱对桥上纵连无砟轨道线路动力影响

研究目的:高速铁路预应力桥梁会出现徐变上拱,而高速铁路对线路平顺性要求高,预应力桥梁徐变上拱引起的不平顺对高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁耦合系统有何影响,是工程界十分关注的问题。本文基于列车-轨道耦合动力学理论,建立考虑无砟轨道-桥梁系统各部件间接触状态非线性的高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁三维有限元耦合动力学模型并进行相应验证,运用所建模型,对列车在桥上纵连板式无砟轨道线路桥梁徐变上拱地段高速行驶时耦合系统的动力特性进行研究,旨在探讨其影响规律。研究结论:(1)桥梁徐变上拱对车体振动加速度影响非常显著,对桥梁振动加速度虽有影响,但不太显著;(2)桥梁徐变上拱对最大轮轨力、钢轨最大正弯矩、扣件最大拉力、轨道板和底座板纵向最大拉应力、CA砂浆最大压应力均有一定的影响,但影响规律不一,对最大轮轨力影响比较小,而对钢轨最大正弯矩、扣件最大拉力、轨道板和底座板纵向最大拉应力、CA砂浆最大压应力影响则比较大;(3)桥梁徐变上拱引起的无砟轨道-桥梁间局部脱空对高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁耦合系统动力特性有显著影响;(4)本研究成果可为高速铁路桥上纵连板式无砟轨道线路徐变上拱大小控制提供理论依据。     

新建时速400 km高速铁路32 m简支梁设计参数研究

我国高速铁路的"四纵四横"干线运输网络基本成型,现在存在发展时速400 km高速铁路的需求,英国和俄罗斯也给出了时速400 km高速铁路的规划。本文基于我国时速350 km高速铁路标准设计的32 m简支梁,建立车桥计算模型,在100~480 km/h速度范围内,计算分析动挠度、梁体跨中加速度、轮重减载率、车体加速度等车桥动力响应,同时考虑了残余徐变变形和基础不均匀沉降的影响。结果表明:最大计算速度下,车桥动力响应最大;桥梁刚度增加,车桥动力响应相应减小;工后徐变上拱和基础不均匀沉降对车桥动力响应影响较大。最后,给出了新建设计时速400 km高速铁路32 m混凝土简支梁的设计标准建议值。     

广深港客运专线连续梁拱后期变形预估研究

研究目的:无砟轨道预应力混凝土梁受收缩徐变的影响,会产生后期徐变变形,引起桥梁的上拱和下挠,并且随着时间的延续这种变形增大,导致轨道的不平顺。研究成桥后不同的铺轨时间及改变成桥吊杆力对主梁徐变变形的影响,并考虑徐变及温度引起的主梁初始变形对该桥进行动力分析。研究结论:对广深港客运专线跨骝岗涌水道(76+160+76)m连续梁拱模拟计算施工过程,分析得知:(1)铺轨时间对徐变变形影响较大,延长铺轨时间,主梁徐变变形变小;(2)成桥吊杆力越大,主梁边跨下挠值和中跨上拱值均变大;成桥吊杆力越小,主梁边跨下挠值和中跨上拱值均变小;(3)考虑徐变及温度引起的主梁初始变形对该桥进行动力分析,结果表明动力性能满足要求;(4)研究成果可应用于大跨度桥梁后期变形的控制。     

高速铁路跨度40m简支箱梁全预应力体系与部分预应力体系对比分析

通过高速铁路跨度40m箱梁全预应力体系、部分预应力A类体系、部分预应力B类体系的设计和对比,分析了各类预应力体系40m梁的受力性能、残余徐变上拱值及材料用量。结果表明:部分预应力体系的设计主要由运梁荷载工况控制;部分预应力A类体系仅在二期恒载等级大于120kN/m时才能降低残余徐变上拱值,部分预应力B类体系可有效降低各级二期恒载下残余徐变上拱值;与采用全预应力体系相比,部分预应力体系40m简支箱梁的普通钢筋用量和混凝土用量有所增加。     

连续梁桥典型变形对轨道几何形位演变的影响

研究目的:连续梁桥变形引起的轨道几何形位演变直接影响线路运营速度和行车安全。轨道几何形位演变的有效防控是保证轨道平顺性的核心关键。以考虑两侧简支梁引桥及路基影响的3跨连续梁桥为研究对象,基于作者已建立的连续梁桥典型变形引起轨道几何形位改变的映射解析计算模型,定量化研究桥墩沉降,梁端横、竖向转角及梁体横、竖向错台等典型变形对CRTSⅡ型板式无砟轨道结构轨道几何形位改变的影响,并提出钢轨变形防控措施。研究结论:(1)钢轨变形量与连续梁桥变形幅值呈正比,具有明显"跟随性";(2)连续梁桥变形导致较大扣件力集中在梁缝处;(3)无论是桥墩沉降、梁端转角还是梁体错台,都会使在桥梁变形区域边界处的钢轨产生"上翘"的现象,且"上翘"值与桥梁变形幅值呈正相关,合理控制变形区域边界处的钢轨上翘,可保证线路高效安全运营;(4)本研究结论可为防治轨道几何形位演变提供理论依据。     

大跨梁、简支T梁铺设无碴轨道的可行性

研究目的:利用新北碚嘉陵江大桥作大跨度连续梁桥及简支T梁上铺设无碴轨道的研究,意在突破大跨度桥及简支T梁上铺设无碴轨道的瓶颈,这对我国客运专线无碴轨道铁路的发展将具有极其重要的意义。研究方法:采用理论与实桥试验研究相结合的方法。建立轨—板—桥—墩一体化空间计算模型,线路纵向考虑钢轨、轨道板和底座板、桥梁等的相互作用。施工时安放测试原件,测试验证理论计算参数。研究结果:通过对在建的遂渝线新北碚嘉陵江大桥(94 168 84)m预应力混凝土连续刚构及其引桥24 m、32 m简支T梁上铺设无碴轨道的可行性进行了研究,确定了连续刚构及简支T梁上的无碴轨道铺设方案。研究结论:通过研究认为,在主跨168 m的预应力混凝土连续刚构及其引桥24 m、32 m简支T梁上铺设无碴轨道是可行的,拓宽了无碴轨道的适用范围,为我国客运专线无碴轨道铁路的发展积累了新的理论成果。     

成灌城际铁路桥上周期性高低不平顺分析

研究目的:自成灌城际铁路开通运营以来,多次轨道动态检测均发现成灌城际铁路桥上存在周期性高低不平顺。为了动态掌握桥上周期性高低不平顺对动车的安全性和舒适性的影响,本文结合统计方法和动力学仿真技术对桥上周期性不平顺的成因和发展规律进行分析。研究结论:分析结果表明,混凝土的收缩、徐变以及桥梁刚度偏弱是产生桥上周期性高低不平顺的主要原因。此外,桥上的32 m波长周期性不平顺恰好落在160 km/h和200 km/h下列车的敏感波长范围内。相同幅值时,200 km/h时垂向加速度响应最大,160 km/h时减载率响应最大,并且高低不平顺幅值为7 mm时垂向加速度已超过0.15g,即超过了垂向加速度Ⅱ级舒适度指标,应当对桥上轨道不平顺进行整治。     

桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力特性的影响

桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统的动力学特性具有重要的影响,直接关系到桥上列车的行车安全性和运行平稳性。基于列车—轨道—桥梁动力相互作用理论,以高速铁路常用的简支箱梁桥和双块式无砟轨道为研究对象,采用列车—轨道—桥梁动力学仿真通用软件TTBSIM2.0,研究桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力性能的影响规律。结果表明:当桥梁梁体的刚度或者桥墩的横向刚度不足时,车辆和桥梁的相关动力性能指标将随着刚度的减少而急剧增大,严重影响列车过桥时的安全性和平稳性;当梁体垂向刚度不足时,有可能会引发车桥共振现象;当桥梁结构刚度满足设计规范要求时,车桥系统动力响应指标随刚度变化不明显,此时行车速度和轨道不平顺成为影响行车安全性和平稳性的主要因素。     

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。     

浅析DJ168架桥机在铁路桥梁工程中的应用简

在设计速度不大于200km／h的铁路桥梁工程建设中,架设简支T梁一般采用与铺轨工程同时进行的“边铺边架”方案,该方案的架梁时间往往会影响项目的建设工期。为扩大桥梁架设范围,加快施工进度,对采用DJ168公铁两用架桥机先行架设简支T梁,再进行铺轨作业的“先架后铺”方案进行探讨。并针对DJ168公铁两用架桥机的功能及技术条件,结合实际工程,论述DJ168公铁两用架桥机在架设简支T梁中所起的作用,实践证明采用DJ168公铁两用架桥机架设T梁,可以加快施工进度,节省工期。     

客运专线42号无砟轨道无缝道岔设计方法研究

基于纵横垂向空间耦合模型,对42号无砟轨道无缝道岔钢轨的纵向受力及变形、道岔钢轨的横向变形、无缝道岔允许轨温变化幅度以及限位器的铺设与养护方法等进行深入研究。结果表明:该设计方法对客运专线42号无砟轨道无缝道岔实际铺设情况考虑得较为详尽,能够较为准确的计算道岔尖轨跟端处钢轨横向变形,可对限位器结构的铺设与养护维修提供指导意见,适用于客运专线42号无砟轨道无缝道岔的设计与检算。该设计方法可为客运专线42号无砟轨道无缝道岔的设计与养护维修提供参考。     

市域铁路大跨度桥无砟轨道 竖向变形控制

为解决在市域铁路大跨度桥梁铺设无砟轨道的难题,以温州市域铁路 S3 线永宁大桥(140+200+260+140) m 为例,提出了市域铁路大跨度桥梁铺设无砟轨道竖向变形控制标准,建立了车-轨-桥耦合系统动力仿真模型, 并开展多种工况下桥梁、轨道动力响应分析。结果表明：桥梁挠跨比、竖向变形曲率半径、梁端转角、轨面平顺 性等指标均满足铺设无砟轨道技术要求;列车按设计速度通过永宁大桥时行车安全性和舒适性指标均满足要求; 对温度荷载作用下桥梁温度变形曲线进行评估,10 m 弦轨道高低不平顺满足规范要求。研究成果可为市域铁路大 跨度桥梁铺设无砟轨道提供参考。     

长大混凝土桥梁无砟轨道温度跨度的研究

研究目的:大跨度混凝土桥上铺设无砟轨道和无缝线路是我国客运专线建设的关键技术之一,对桥梁和轨道工程都是一个严峻考验。对于长大混凝土桥上无缝线路,是否设置钢轨伸缩调节器是困扰长大混凝土桥上无缝线路设计的难题。本文对我国大跨度桥梁无砟轨道无缝线路设计进行研究分析。研究结论:通过对我国大跨度桥梁无砟轨道无缝线路设计研究分析和既有长大混凝土桥梁工点无砟轨道无缝线路运营情况现场调研发现;(1)铺设无砟轨道的大跨度混凝土桥梁温度跨度超过一定范围将引起轨道结构的病害;(2)通过在桥上采用小阻力扣件即减小桥上扣件的纵向阻力,可以降低钢轨最大纵向附加力及轨道结构的受力;(3)随着桥梁温差取值的增大,钢轨与桥墩受力及轨道和桥梁结构的变形都有明显增大;(4)必须加大大跨度桥上无缝线路监测的力度,加强无缝线路设计参数的试验研究。