梁端位移对无砟轨道扣件系统的影响分析

针对采用小阻力扣件系统的无砟轨道,分析梁端转角、梁端悬臂长度、错台高度、坡道桥梁伸缩等因素对扣件系统的影响,其中扣件间距、坡道上桥梁伸缩的影响较小,而错台高度、梁端转角和胶垫刚度的影响较大,综合考虑竖向荷载、梁端转角、错台等主要因素对扣件系统的受力影响,从限制扣件上拔力不超过弹条扣压力的角度提出了不同胶垫刚度、不同错台高度情况下的梁端转角限值,其中单侧正转角限值大于对称转角限值,对称转角限值大于单侧负转角限值。扣件刚度越大、错台高度越高,梁端转角限值越小,不同的扣件设计参数将有不同的限值要求。     

梁端无砟轨道扣件力学行为室内试验研究和数值仿真分析

制定梁端变形限值应考虑梁端无砟轨道静力强度和梁缝过渡段列车运行安全性、平稳性。运用室内模型试验和数值仿真分析,研究梁端转角、错台等变形对梁端扣件、轨道板稳定性的影响规律。数值仿真分析中扣件弹簧单元参数选取实测扣件刚度曲线。室内试验和仿真计算结果表明:仿真计算结果与室内试验实测结果基本吻合,有限元仿真计算可推广应用至实际应用中;梁端转角、错台变形引起的扣件附加力分布在梁缝两侧4个扣件内;梁端变形幅值和梁端伸出长度是影响梁端轨道结构强度的主要因素;随着转角、错台的增加,扣件附加力逐渐增加,且基本呈线性增长趋势;在转角工况下,梁端伸出长度越大,引起的扣件附加力越大;在错台工况下,梁端伸出长度对扣件附加力影响甚微;CRTSⅠ型板式无砟轨道在错台1.0mm情况下,产生最大上拔力和下压力,因此对于梁端CRTSⅠ型无砟轨道结构静力强度,错台1.0mm可作为设计限值条件。     

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。     

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。     

坡度对连续梁桥梁端扣件上拔力的影响研究

研究目的:大跨桥梁上铺设无砟轨道时,桥梁坡度、桥梁跨度及梁体温度变化会对梁端扣件受力产生影响,本文通过建立坡度桥梁扣件受力分析计算的有限元模型,研究连续桥梁位于坡道上时梁体坡度、梁体温度变化、桥梁温度跨度以及相邻简支梁桥固定支座布设位置对梁端扣件受力的影响。基于线路运行条件下可能发生的不利荷载组合,从扣件受力角度出发,确定不同墩高、不同温度跨度连续梁桥适应的坡度限值,为山区大跨桥梁上的无砟轨道设计提供理论指导。研究结论:(1)考虑坡度上桥梁变形对扣件受力影响时应考虑桥梁坡度对扣件受力方向的影响;(2)坡度桥梁梁缝处扣件受到附加力最大值随着桥梁坡度、温度变化幅度、连续梁温度跨度的增加而呈线性增大,而相邻简支梁固定支座位于下坡段时对扣件受力较为有利;(3)考虑线路运营中出现的最不利荷载组合,从梁端扣件受力不超限出发得到不同桥墩高度、不同温度跨度连续梁桥适应的坡度限值,在梁缝处铺设过渡板时可以大幅度提高连续梁桥适应的坡度限值;(4)该研究成果可用于指导山区铁路桥梁和无砟轨道设计。     

基于扣件受力的无砟轨道32m简支梁坡度限值

研究目的:基于有限元方法与梁轨相互作用原理,建立能够分析坡道上无砟轨道桥梁变形对扣件受力影响的平面模型,分析桥梁坡度、墩顶纵向水平位移等因素对扣件受力的影响,提出在考虑桥梁收缩徐变、基础沉降、桥墩纵向温差及列车荷载等条件下32 m简支梁适应的坡度,从而为桥梁坡度选择提供理论指导。研究结论:(1)桥梁坡度以及墩顶纵向水平位移的改变均会引起扣件受力,并且扣件所受上拔力最大值随着桥梁坡度、墩顶纵向水平位移的增加近似呈线性增大;(2)对于梁端悬出0.55 m的32 m简支梁而言,当桥墩高度为20 m时,由扣件上拔力不超限确定的最大坡度值为29‰,当桥墩高度为40 m时最大坡度值为20‰;(3)当桥墩纵向水平刚度增加、梁缝附近铺设过渡板或采用特殊扣件时,可以适当增加桥梁的坡度限值;(4)基于扣件受力确定的桥梁坡度限值可为今后线路选线设计及桥梁坡度设置提供借鉴和参考。     

沪宁城际轨道交通娄蕴特大桥112m提篮拱桥梁端扣件受力分析

沪宁城际轨道交通设计采用CRTSI型板式无砟轨道结构,配套WJ-7B型扣件,扣件是轨道结构的重要组成部分,其结构的强度、耐久性和弹性直接关系到高速列车运行的安全及舒适性,桥梁因挠曲、徐变等因素引起的梁端变形使梁缝两侧一定范围内扣件产生上拔力和下压力,当扣件上拔力和下压力超过一定限值时,将影响扣件系统的正常使用。对沪宁城际轨道交通娄蕴特大桥112 m提篮拱梁端扣件受力按3种布置方式进行计算分析,计算结果表明:梁缝处梁端第1组扣件采用W 1型弹条,其余扣件采用X2型弹条方案对桥墩的附加作用力最小,推荐采用该方案;梁端转角及竖向位移产生较大的扣件上拔力,设计应充分考虑其影响;相同梁端转角及竖向位移变形作用下,全桥采用W 1型弹条比采用X2型弹条扣件引起的扣件上拔力大。     

重载铁路桥上无砟轨道扣件关键参数研究

研究目的:为研究重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统关键设计参数取值,本文基于弹性地基梁理论和车辆-轨道耦合动力学理论,建立32.5 t轴重重载货车-长枕埋入式无砟轨道-桥梁垂向耦合动力学模型,分析扣件刚度、扣件间距对重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道静、动力学性能的影响规律,提出重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统设计参数取值。研究结论:(1)钢轨垂向位移和钢轨轨底应力随扣件系统刚度的增大而减小,车体垂向振动加速度、轮重减载率、轮轨力和桥梁垂向振动加速度随扣件系统刚度的增大而增大;(2)钢轨垂向位移、钢轨轨底应力、车体垂向振动加速度、轮重减载率和桥梁垂向振动加速度随扣件间距的增大而增大,但轮轨垂向力随之减小;(3)综合考虑轨道变形以及工程造价,建议重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统的静刚度取为40～60 k N/mm,扣件系统的动刚度取为80～100 k N/mm,扣件间距取为0.6～0.65 m;(4)本研究成果可为重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道结构设计提供参考。     

大跨度钢桁梁梁端转角超限轨道处置方案研究

针对大跨度钢桁梁梁端转角不满足无砟轨道铺设需求，且既有过渡板方案在工程应用中存在支座调平困难、运营维护工作量大的问题，以一座跨度168m简支钢桁梁为例，基于有限元分析方法结合对既有工程实践的调研与分析，对轨道工程处置方案进行研究。结果表明：梁端转角及悬出长度超限会引起梁缝处桥台一侧第1对扣件的上拔力超过其限值标准，应采取工程措施予以解决；大扣压力扣件方案具有结构简单、便于施工与运营维护等突出优点，在经检算采用大扣压力扣件可以满足解决梁端转角超限问题的前提下应优先采用，但为确保结构的可靠性，应结合扣件系统试验测试及实尺模型试验对工程实践进行验证。     

大跨度公轨两用斜拉桥梁端轨道结构适应性研究

为研究大跨度桥梁端无砟轨道结构的适应性问题,以一座大跨度公轨两用斜拉桥为例,针对其大转角、大梁缝及长悬臂的特点,提出梁端采用过渡板与梯形轨枕两种特殊轨道结构措施,探讨不同措施对扣件受力的影响。结果表明,过渡板支座若按常规方法置于桥梁支座上方,则难以在梁端大转角情况下将扣件上拔力控制在安全范围内,合理调整过渡板支座往桥梁支座内侧延伸长度,可增强其对梁端大转角的适应性;梯形轨枕纵梁两端是否设减振垫以及至桥梁梁端距离大小对扣件受力有较大影响,参考研究结果选择适当布置方式,可使梯形轨枕对大转角、大梁缝及长悬臂桥梁具有良好适应性。     

城际轨道交通桥梁梁端扣件节点间距研究

研究目的:建设城际轨道交通线,为节省土地全线基本以桥梁为主;为减少道砟粉尘影响环境,采用无砟轨道结构.当桥上采用CRTS I 型板式无砟轨道时,受线路小曲线半径的影响,梁缝处扣件节点间距不能满足规范650 mm的要求,影响桥上无砟轨道设计方案的实施.通过研究,提出可行的设计方案,解决梁端扣件节点间距存在的问题.研究结论:通过分析研究钢轨挠度、梁缝处断轨时钢轨弹性挤开量、板端混凝土剪切应力的设计参数、设计工况及评判指标,对梁端扣件节点间距处的轨道结构进行了受力分析,得出梁端扣件节点间距突破规范规定,按725 mm控制的设计方案可行的结论,解决了桥上采用无砟轨道时梁端扣件节点间距制约轨道设计方案的难题.     

广珠城际轨道交通梁端轨道结构受力变形分析

广珠城际轨道交通是我国第一条设计时速200km的城际铁路,全线基本以桥梁为主,桥上采用CRTSI型板式无砟轨道,因梁端转角及位移的存在,梁端轨道结构受力及变形均发生变化。通过梁端轨道结构受力变形分析,研究广珠城际梁端转角与梁端轨道结构的适应性,通过建立梁端位移与无砟轨道结构受力和变形相互影响的计算模型,对广珠城际梁端无砟轨道结构进行受力检算,对扣件系统进行受力分析,找出梁端转角对轨道结构形式的影响,为类似项目的设计提供经验。     

广珠城际轨道交通梁端轨道结构受力变形分析

广珠城际轨道交通是我国第一条设计时速200 km的城际铁路,全线基本以桥梁为主,桥上采用CRTS Ⅰ型板式无砟轨道,因梁端转角及位移的存在,梁端轨道结构受力及变形均发生变化,通过梁端轨道结构受力变形分析,研究广珠城际梁端转角与梁端轨道结构的适应性,通过建立梁端位移与无砟轨道结构受力和变形相互影响的计算模型,对广珠城际梁端无砟轨道结构进行受力检算,对扣件系统进行受力分析,找出梁端转角对轨道结构形式的影响,为类似工程设计提供经验.     

双块式无砟轨道桥梁梁端扣件系统力学分析

研究目的:桥上无砟轨道结构梁端产生位移时将对梁缝附近扣件产生附加作用力,扣件系统作为无砟轨道结构的重要传力部件,扣件扣压力及垫层压缩变形量均有相应的限值要求,所以需对无砟轨道梁端位移产生的扣件附加力进行检算.研究结论:结合郑西客运专线桥上双块式无砟轨道结构建立有限元模型进行扣件附加力的检算,检算结果表明,梁端位移引起的扣件附加力将影响扣件型号的设计选择.     

高铁单元板式无砟轨道大跨梁端适应性对比

研究目的:为研究不同类型单元式无砟轨道无缝线路在大跨桥上的适应性,本文建立无缝线路-无砟轨道-桥梁空间耦合分析模型,对温度荷载作用下CRTSⅠ型和CRTSⅢ型板式无砟轨道各层纵向受力与变形、层间错动位移以及限位结构受力进行对比分析,并对运营过程中可能出现的扣件纵向阻力增加对两种无砟轨道在大跨桥上的适应性进行比较。研究结论:(1)两种无砟轨道无缝线路在连续梁端处受力与变形最大,但二者之间的差异较小;(2)扣件纵向阻力的增加将带来连续梁端位置处无缝线路受力增加,变形量减小;(3)CRTSⅢ型板式无砟轨道层间限位刚度大于CRTSⅠ型板式无砟轨道,因此扣件纵向阻力增加导致的CRTSⅠ型板式无砟轨道层间错动位移增加更加明显;(4)梁端限位结构在升降温过程中纵向受剪明显,其中CRTSⅠ型板式无砟轨道梁端半圆形凸台因单侧承力,纵向剪切效应更加显著,且随桥上扣件纵向阻力的增加而急速增加;(5)总体看来,两种无砟轨道的选用对大跨桥上无缝线路设计的影响基本无差异,但在轨道纵向几何形位保持以及大跨梁端限位结构受力方面,CRTSⅢ型板式无砟轨道表现出了较好的适应性;(6)本研究成果可为今后大跨度桥上板式无砟轨道的选型提供理论指导。     

大跨度桥上铺设无砟轨道结构设计研究

首先对日本、德国、UIC及我国标准中对铺设无砟轨道大跨度桥梁刚度进行分析,然后对大跨度桥梁梁端道床板稳定性、扣件上拔力计算、大梁缝处轨道结构设计、钢轨伸缩调节器区无砟轨道结构设计等桥上无砟轨道的关键问题进行研究分析和探讨,并提出了结构设计方法,为我国大跨度桥上铺设无砟轨道结构设计提供设计参考。     

武广客运专线大跨度桥梁梁端无砟轨道结构受力研究

针对武广大跨度连续梁梁端轨道结构进行分析研究,分析了梁端轨道结构作用机理,建立了梁端轨道结构系统分析模型,对武广客运专线大跨度连续梁梁端无砟轨道扣件上拔力、轨下垫板压缩量、钢轨附加应力和梁端轨道板稳定性进行了分析检算。结果表明,衡阳湘江特大桥、株州湘江特大桥、陆水特大桥和王灌冲特大桥梁端扣件上拔力均超过小阻力扣件扣压力,株州湘江特大桥最大上拔力超过常阻力扣件扣压力,衡阳湘江特大桥、陆水特大桥和王灌冲特大桥最大上拔力满足常阻力扣件要求。武广客专四座大跨度连续梁桥的轨下胶垫压缩量、钢轨附加应力和道床板稳定性均满足要求。     

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。     

桥梁横向伸缩对无砟轨道的变形影响研究

研究目的:混凝土桥与路基或钢桥相连时,在桥梁温度变化时,由于梁缝两侧横向伸缩位移的差异会对桥上无砟轨道结构受力及轨向不平顺产生影响。本文通过建立线、板、桥、墩一体化空间耦合模型,分析梁缝附近轨道结构受力及轨向不平顺的影响因素,并确定主要影响因素对应的取值范围,从而为后续桥梁支座、线间距等的设计提供理论指导。研究结论:(1)轨道板温度变化会引起轨距改变,但不会造成轨距超限;(2)CA砂浆层与轨道摩擦阻力在纵向与横向上的分配系数以及桥墩的横向水平刚度对轨向不平顺及凸台受力等影响较小,但钢梁的温度变化幅度及横向固定支座距线路中心线的距离会显著影响凸台受力及轨向不平顺;(3)依据轨向不平顺限值确定了不同桥梁温升幅度及线间距条件下的横向固定支座与活动支座之间的距离限值,为桥梁支座设置提供理论指导;(4)该研究成果可应用于铁路无砟轨道设计中。     

城际铁路桥上纵向承台式无砟轨道扣件系统关键参数研究

为研究城际铁路纵向承台式无砟轨道扣件系统关键参数取值,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立客车-无砟轨道-桥梁耦合动力学模型,分析扣件刚度、扣件间距对桥上无砟轨道系统动力响应的影响规律,并基于层次分析法,对桥上无砟轨道系统动力特性进行综合评价。结果表明:随着扣件系统刚度增大,钢轨垂向位移减小,车体振动加速度、轮轨垂向力、轮重减载率和桥梁振动加速度均增大;随着扣件间距的增大,轮轨垂向力减小,车体振动加速度、轮重减载率、钢轨垂向位移和桥梁振动加速度均增大;综合考虑轨道变形以及工程造价,建议扣件系统刚度为50～80 kN/mm,扣件间距为0.6～0.7 m。