大跨度钢桥梁端无砟轨道结构受力计算分析研究

大跨度钢梁梁端存在较大伸缩位移、梁端转角时,梁端轨道结构设计采用过渡板式梁端伸缩装置,通过设置过渡板,减小桥梁转角对无砟轨道的影响,设置梁端抬轨装置适应桥梁梁端伸缩位移。结合铜陵江特大桥铺设无砟轨道情况,进行梁端无砟轨道结构受力分析,研究了桥梁变形对无砟轨道受力影响,确定了梁端设置过渡板的必要性。     

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。     

高速铁路大跨度连续斜拉桥上梁端一体化装置性能研究

目前大跨度斜拉桥上铺设无缝线路,梁端处需设置梁端伸缩装置和钢轨伸缩调节器以降低钢轨产生较大的附加应力,但此结构无法协调较大的梁轨相对位移,应用范围有限。为此,提出了一种梁端一体化装置结构,能适用于较大的梁缝伸缩情况且伸缩阻力较小,经过现场应用效果良好。针对时速350 km下高速列车能够平稳通过大跨度斜拉桥无缝线路梁端的要求,建立了相关三维梁端车-线-桥耦合模型,确定了轮轨接触关系,验证该结构在大跨度斜拉桥下对于高速列车平稳运行的适用性。结果表明：温度和梁端转角作用下钢轨会产生一定变形,钢轨垂向变形大于横向变形,最大垂向位移达到15.71 mm。对比仅施加德国低干扰不平顺谱,叠加温度或梁端转角变形后行车过程中的梁端一体化装置动力响应增大,且对钢枕振动垂向加速度的影响较为明显,从38.92 m·s^-2上升至48.69 m·s^-2,增加25.1%。相比之下,极限拉伸状态比极限压缩状态下行车过程中的梁端一体化装置结构响应大,钢枕垂向加速度从40.64 m·s^-2上升至62.39 m·s^-2,增加53.5%,...     

减小梁端轨道结构受力措施研究

研究目的:武广客运专线汀泗河特大桥等几座特殊结构的桥梁存在梁缝过大以及梁端悬臂长度过长的问题,桥梁梁端产生变形时,会造成无砟轨道扣件系统上拔力超过扣压力,影响旅客舒适度,严重时也将对行车安全构成威胁。通过研究,提出可行的设计方案,解决梁端轨道结构受力存在的问题。研究结论:通过在桥梁端部梁缝处引入过渡板的结构措施,建立了梁端过渡板结构的模型,分析了梁端转角和梁缝两侧桥梁竖向相对位移工况下有过渡板和无过渡板时轨道结构受力的区别,结果表明,过渡板能够减小扣件系统的最大压力、最大拉力和钢轨附加弯矩20%～80%,可以通过在端部设置过渡板的结构措施减小轨道结构的受力,保证无砟轨道系统正常工作。     

大跨度斜拉桥—无砟轨道结构变形适应性研究

以某高速铁路客运专线上铺设CRTSⅠ型双块式无砟轨道的大跨度斜拉桥为例,采用非线性阻力模型模拟扣件阻力、凸型挡台咬合力、隔离层摩擦阻力,基于有限元法建立无砟轨道—桥梁空间精细化非线性分析模型。通过计算列车竖向荷载和温度荷载作用下轨道结构和桥面板的竖向变形曲率、无砟轨道层间压缩量和梁端转角,分析无砟轨道与大跨度斜拉桥间的变形适应性。结果表明:列车竖向荷载在斜拉桥中跨时会引起各构件产生较大的竖向变形曲率;同一工况下轨道结构和桥面板竖向变形曲率的分布规律相同、数值大小相近;相比于列车竖向荷载,温度荷载作用下各结构竖向变形曲率较小,但分布更为复杂;除整体升温、整体降温作用下结合段无砟轨道出现局部层间脱空外,荷载作用下无砟轨道层间基本处于受压状态;梁端转角均未超过规范限值,具有较高安全富余度。     

城市轨道交通大跨度斜拉桥无砟轨道及无缝线路设计方案研究

跨东平水道特大桥主桥为斜拉钢混组合结构,且城轨、公路与人行道同层布设,为大坡道人字坡布局,是目前国内外罕见的公铁两用特殊桥梁。在该类型桥上铺设无砟轨道存在较大的困难：桥上无缝线路附加力计算及设计较为复杂;无砟轨道结构不仅需要考虑自身的受力情况,还需考虑桥梁的振动影响;桥梁大梁缝处的梁端轨道结构需做适应性研究。为指导跨东平水道桥主桥无砟轨道结构设计,基于有限元软件分别建立桥上无缝线路梁轨相互作用模型、桥上无砟轨道结构模及梁端轨道结构适应性分析模型,并对是否设置伸缩钢轨调节器,铺设CA砂浆层或聚氨酯垫层、是否设置梁端伸缩装置进行了对比分析。结果表明,小阻力扣件布设间距应较短(即设置10 m小阻力扣件),对抑制大坡道上轨条纵向窜动和防止断轨时断缝值变大起到较好效果;在列车荷载及正、负温度梯度荷载作用下,根据现有设计方案,道床板及凸台强度满足承载要求;相较于CA砂浆层,聚氨酯垫层更能有效地阻隔振动的传播,达到了预期设计效果;使用伸缩装置结构能够优化约8 mm的梁端错台并优化轨道系统。     

简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道伸缩力影响因素分析

桥上无砟轨道受力比较复杂,桥上无砟轨道无缝线路的稳定性直接影响高速列车的行车平稳与安全。基于有限元法和梁轨相互作用理论,建立了6×32 m混凝土简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,研究温度荷载作用下钢轨、轨道板及底座板的受力变形特性,并对相关影响参数进行分析。结果表明:在温度荷载作用下,钢轨伸缩力的峰值出现在桥梁墩台及跨中,钢轨的纵向位移呈现先增后减的趋势,在中间两跨达到最大值,钢轨和轨道板的纵向伸缩趋势基本一致,表明扣件起到了很好的约束作用;桥上采用小阻力扣件可改善桥上无缝线路梁轨相互作用,但要充分考虑轨板相对位移不能过大,保证钢轨在桥台处的爬行能够得到有效控制;从减小桥上轨道结构伸缩力及纵向位移考虑,桥梁墩台固定端纵向刚度不宜过大。     

高速铁路大跨度桥梁梁端板式无砟轨道设计研究

严寒地区高速铁路大跨度桥梁梁端扣件间距超限问题比较普遍,通过梁端无砟轨道结构的受力和变形分析,确定梁端扣件间距的最大限值,提出桥梁预延长、道床悬出梁端及减少轨道板端部扣件间距的设计措施,并通过哈大客运专线的典型工点,介绍梁端无砟轨道设计。结果表明,该设计措施简单实用,可解决大跨度桥梁梁端大扣件间距达1 000 mm的问题。     

高速铁路大跨度钢桥梁端伸缩装置设计研究

高速铁路大跨度钢桥的梁端纵向伸缩量大且变位复杂,需设置钢轨伸缩调节器与梁端伸缩装置。为保证梁端区域行车安全平稳,开展了梁端伸缩装置总体方案和结构构造设计研究,提出了基于性能的梁-轨一体化伸缩装置设计方法,对梁端伸缩装置各项性能进行了分析验证。研究结果表明:在梁端设计总伸缩量±900 mm及以下范围,下承式和上承式梁端伸缩装置均能满足结构整体刚度要求,上承式梁端伸缩装置因支承梁高度受限,需增大支承梁截面宽度,同时增加支承梁数量;下承式梁端伸缩装置设计应考虑与钢轨伸缩调节器的协同,伸缩区扣件建议选择纵向阻力较小且相对稳定的轨撑式扣件;以甬舟铁路西堠门大桥为例,基于弦测法和车桥耦合振动分析结果表明,±900 mm上承式梁端伸缩装置可以满足梁端行车安全和平稳的性能要求。     

考虑温度变形的大跨度拱桥行车动力响应分析

研究目的:为研究温度作用下大跨度拱桥轨道静态平顺性,以及轨道温度变形对行车动力响应的影响,以目前世界最大跨度的钢箱提篮拱桥南广高速铁路西江桥为研究对象,基于梁轨相互作用模型计算温度变形下轨道静态高低不平顺校核值,并与轨道静态不平顺验收指标进行对比;将温度作用引起的轨道变形叠加到轨道不平顺样本中,利用自主开发的TRBF-DYNA软件开展高速铁路大跨度拱桥车-桥耦合振动及列车走行性分析。研究结论:(1)温度作用下桥面会发生较大竖向变形,导致钢轨变形300 m弦长高低不平顺指标超过轨道静态验收标准;(2)考虑温度变形后,桥梁动力响应及列车行车安全性指标和乘坐舒适度指标变化幅度不大,且均满足现行规范要求;(3)建议大跨度桥梁轨道变形静态验收时,以竖曲线半径指标替代300 m弦长验收指标,并辅以车桥耦合动力响应分析进行综合判断;(4)本研究成果可为完善大跨度桥上轨道变形验收指标提供参考。     

纵连板式轨道在墩台位移作用下梁轨相互作用规律研究

针对简支梁和连续梁,建立整桥系统的计算模型,对墩台位移引起的作用力作用下桥上纵连板式无砟轨道的梁轨耦合作用规律进行分析研究。研究表明:墩台位移引起的作用力是纵连式无砟轨道梁轨相互作用较重要的附加作用力,建议受日照及风荷载影响较大的高墩桥设计中考虑墩台位移引起的作用力的影响;连续梁与简支梁桥墩向右位移时所受的外荷载大致相当,轨道及桥梁各部件所受附加力也大致相等,且桥墩纵向位移越大,各部件所受附加力越大;考虑桥梁伸缩及桥墩位移的共同作用时,轨道及桥梁各部件的受力与变形均较单因素作用时量值大,且连续梁上各部件的受力与变形较简支梁大;从梁体位移方向的比较来看,当桥墩位移与桥梁伸缩方向相同时,钢轨、轨道板、端刺的受力及轨道各部件的位移较大,而当桥墩位移与桥梁伸缩方向相反时,剪力齿槽、墩台、底座板所受纵向力较大;从荷载耦合方式来看,桥梁伸缩及桥墩位移两种荷载耦合时,轨道及桥梁各部件的受力与变形要小于两种荷载单独作用后将计算结果叠加的情况,主要是由于滑动层摩阻力等线路约束阻力的塑性极限造成的。     

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。     

桥梁地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构受力分析

分析桥梁地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构计算参数,列车荷载作用下、温度荷载作用下和桥梁挠曲变形对轨道结构受力的影响;道床板和底座板的荷载组合,作为轨道结构配筋设计的依据;提出底座板厚度增加导致列车荷载作用下其弯矩值增大;道床板厚度增加,其翘曲应力(或温度梯度弯矩值)增大;底座板厚度增加,桥梁挠曲变形引起的弯矩值增加等结论。     

超长联跨海连续梁桥无缝线路静动力学分析

为指导高速铁路跨海超长联连续梁桥上无砟轨道无缝线路设计，基于梁轨相互作用原理及多体动力学理论，通过建立无砟轨道-多跨连续梁桥静力学分析模型与高速车辆-无砟轨道-连续梁桥耦合动力学分析模型，对超长联跨海连续梁桥上无砟轨道无缝线路的静、动力学特性进行分析研究。研究结果表明：(60+37×80+60) m连续梁温度跨度超长，须铺设钢轨伸缩调节器以降低钢轨应力；进行超长联跨海连续梁桥上无缝线路设计与检算时，应考虑活动支座摩阻力的贡献和影响；设置伸缩调节器后，连续梁桥上无缝线路钢轨受力、断缝值等各指标均能满足安全性要求；列车荷载作用下，车辆、轨道、桥梁的各项指标均满足动力性能评价要求；为保证轨道系统安全服役，建议加强混凝土连续梁伸缩调节区域轨道状态的调整、在线监测与科学维护。     

高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基精细化有限元模型与验证

高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基的动力响应是高速铁路设计、施工和运维普遍关注的问题。为了较好地掌握高速列车荷载作用下的无砟轨道、路基以及地基各结构的动力响应,采用实体单元对无砟轨道结构、路基和地基进行建模,考虑扣件系统的5层垫片和弹条,以超弹性材料本构关系模拟橡胶垫片的大变形行为,以三维黏弹性静-动力统一人工边界模拟无限地基,以静动力顺序分析模拟路基和轨道的建造过程,以实测轮轨力模拟列车高速运行时产生的激励,构建高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基精细化有限元模型,采用实测数据,从动位移、动应力和动应变三方面对模型进行验证。研究结果表明,所建模型间接地考虑了空气和轨道不平顺对高速运行列车荷载的影响,考虑了扣件系统多层垫片间接触压力的传递和扩散,能很好地模拟列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基系统的动力响应,与实测结果吻合很好。高速列车荷载作用下基床表层的动应力小于20 kPa,动应变处于10με量级,表明路基处于小应变和弹性变形状态。该模型可用于深入研究高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基的动力学行为,为高速铁路无砟轨道结构及路基设计、优化提供一种有效的计算分析手段。     

双机重载牵引下既有铁路桥梁竖向动力响应研究

为分析桥上有砟轨道结构在重载列车作用下的竖向动力响应,基于ANSYS建立有砟轨道—桥梁系统动力分析有限元模型,将列车荷载简化为集中力,分析研究中—活载及和谐号双机重载列车移动活载作用下桥梁和轨道结构的竖向位移和加速度动力响应。研究结果表明:轨道和桥梁结构跨中竖向位移和加速度响应在HXD1+HXD3+C80作用下最大,最大值为12.60 mm和3.27 mm/s~2,挠跨比为3.94×10~(-4),均小于规范中40 mm,350 mm/s~2和2.5×10~(-3)的要求;行车速度对轨道桥梁结构竖向位移响应影响很小,竖向加速度随着行车速度的增大而增大;增大桥梁刚度可以降低轨道桥梁结构系统的竖向位移和加速度响应,提高行车稳定性和乘客的舒适度;对既有铁路有砟轨道桥梁,应限定行车速度,采取相应的加固措施提高刚度以保证车—轨—桥系统的安全。     

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。     

高铁桥梁震时行车安全性评价的梁端变位限值研究

地震时桥梁端部易产生变位,对桥上列车的行车安全构成威胁。为研究基于梁端变位对震时列车行车安全性进行评价的方法及相应限值标准,建立车轨耦合振动模型。将梁端变位对应的轨道变形曲线作为静态不平顺施加到轨道上,地震导致的轨底激励以正弦波的形式通过大质量法作用于轨底,分析给定梁端变位、轨底激励及运行车速对列车行车安全性的影响。研究结果表明：列车脱轨风险与三者均正相关,因此在确定地震时梁端变位限值时应同时考虑三者的影响。通过二分法搜索得到不同频率和幅值的正弦激励下、列车以不同车速运行时,脱轨系数和轮重减载率达到限值时对应的3种形式梁端变位的界限值,取97.5%保证率得到不同车速对应的梁端变位限值。以5跨高铁32 m标准跨简支梁桥为例,进行地震作用下车-轨-桥耦合振动分析,得到按动态方法确定的梁端变位临界值,通过与按静态变位加轨底激励计算得到的震时梁端变位限值进行对比,验证了所提出的变位限值的正确性。依据所提出的方法和梁端变位限值,可采用地震下桥梁动力分析代替车轨桥耦合振动分析对高铁列车震时行车安全做出快速评价。     

大跨度铁路桥梁梁端伸缩装置对列车走行性影响的研究

梁端伸缩装置是大跨度桥梁的重要组成部分,是容易受损的构件之一,对高速车辆的走行性影响较大。本文针对大跨度铁路桥梁梁端伸缩装置,建立结构动力分析的有限元模型,通过多工况车-桥(线)耦合振动计算,分析梁端伸缩装置自身变形、安装误差及梁端折角等因素对列车走行性的影响,提出车辆平稳性和乘客对车辆振动感觉的评判标准,并进一步基于车辆的平稳性和乘客对车辆振动的感觉确定车速及梁端竖向折角限值。研究表明,车辆响应对梁端竖向折角较为敏感。     

大跨度铁路悬索桥风—车—桥耦合动力分析

悬索桥虽跨越能力大但刚度较弱,在列车与风荷载的共同作用下易产生较大振动,影响桥上行车安全.为研究风荷载作用下列车通过铁路悬索桥时的车辆与桥梁动力响应及安全性,以轮轨密贴理论定义竖向轮轨作用力,以简化的Kalker蠕滑理论定义横向轮轨作用力,以静风力及抖振风力模拟作用在车辆和桥梁上的风荷载,建立简化的大跨度铁路悬索桥的风—车—桥耦合动力学模型,并给出基于系统间积分的风—车—桥迭代算法.运用该方法对强风条件下列车通过跨度(52+800+800+52)m悬索桥的行车安全性分析表明,系统间迭代算法具有较高的计算效率,仅经过几次迭代即可得到精度较高的计算结果;该大跨度悬索桥在桥面平均风速为25 m·s-1时,桥梁跨中竖向动位移较无风状态变化不大,而桥梁跨中竖向加速度及桥跨、桥塔横向动位移和加速度响应则较无风状态有大幅度增加,可见,动风荷载对风—车—桥系统的振动起到控制作用.