高速铁路桥上道岔群无缝线路力学特性研究

基于梁轨相互作用原理,建立桥上无缝道岔线桥墩一体化模型,对典型高架站咽喉区单渡线道岔梁+简支梁+单开道岔梁上无缝道岔的轨道受力和变形特性进行分析;对不同小阻力铺设方案、道岔梁间插入简支梁方案的轨道受力和变形特性规律进行研究.研究结果表明:钢轨伸缩附加力、钢轨制动附加力最大值出现在单渡线道岔梁梁缝处,钢轨强度、钢轨纵向位...     

客运专线桥上无缝道岔空间力学特性的研究

为解决哈大客运专线红嘴河特大桥桥上无缝道岔受力和变形问题,根据道岔、桥梁结构和布置形式,建立桥上无缝道岔空间耦合模型,从温度荷载、竖向荷载、钢轨横向变形等方面对其空间力学特性进行分析.结果表明:温度荷载下钢轨的伸缩附加力最大值位于梁体活动支座端,受固定支座端至活动支座端距离影响较大;尖轨、心轨尖端相对于基本轨、翼轨的位移较小,处于外锁闭机构允许的伸缩量范围之内;连续梁半联满布荷载时,钢轨纵向位移、挠曲附加力及桥梁竖向挠度最大;单线直向满布荷载时,桥梁横向挠度、扭转最大;温度荷载对钢轨横向变形的影响较小,减载率、脱轨系数变化不大.但由于客运专线标准高、道岔与桥梁结构复杂等因素,对钢轨横向变形的影响不容忽视,建议设计客运专线桥上无缝道岔时考虑其空间力学特性.     

桥上无缝线路钢轨伸缩附加力算法研究

研究目的:目前的梁轨伸缩力算法较多使用常量阻力计算模型,当跨径很大时,有可能不存在有力学意义的解。为了得到准确的桥上无缝线路钢轨在温度作用下的伸缩力解析算法,解决桥梁温度跨度取值以及合理的纵向阻力选择问题,本文采用非线性纵向阻力模型,根据扣件进入塑性变形区的位置将无缝线路分成若干个区段,通过建立平衡微分方程组,求解得到钢轨位移及伸缩力。研究结论:(1)依照无缝线路规范设计条件,计算了不同纵向阻力、不同跨度桥梁上钢轨最大应力以及梁轨最大相对位移;(2)在不考虑制动力的情况下,可得出基于钢轨强度限值下不同纵向阻力对应的温度跨度限值;(3)以70 mm和90 mm作为断缝宽度限值,得出线路纵向阻力的最小取值分别为17 N/(mm·线)和13 N/(mm·线);(4)本文算法可为桥上无缝线路的桥梁温度跨度及线路纵向阻力的选择提供依据。     

市域轨道交通连续梁桥上的无缝道岔布置

市域轨道交通是介于高速铁路与地铁之间的轨道交通制式,其桥上无缝道岔设计不能完全按照高速铁路和地铁的相关规范。对某市域轨道交通 4 × 30 m 连续梁桥上单渡线道岔的无缝化布置进行了研究。根据道岔位移随道岔始端距梁缝距离的变化规律可知:当单渡线道岔始端距梁缝大于14 m 时,在伸缩力和制动力作用下转辙机处梁轨相对位移小于 5 mm,道岔钢轨强度和道岔位移满足无缝道岔布置要求。     

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。     

高速铁路高架桥梁无缝道岔群结构检算与优化设计

为研究高速铁路高架桥上铺设无缝道岔群的可行性,以某高架桥上道岔群为例,基于岔-桥相互作用原理、非线性有限元理论,建立无缝道岔-梁体-墩台空间耦合模型,计算分析桥上道岔群及桥墩墩顶的力学特性,并提出结构优化方案。研究表明：当无缝道岔群铺设于温度跨度较大的多联桥梁时,无缝道岔钢轨纵向力较大,钢轨强度往往不满足《铁路无缝线路设计规范》要求;铺设小阻力扣件可显著降低钢轨纵向力,铺设方案应同时满足道岔变形控制要求;混凝土箱梁截面惯性矩较大,道岔区钢轨挠曲力较小;道岔群铺设于多联连续刚构桥时,温度作用下的墩顶纵向力远大于断轨作用;无缝道岔铺设时,应严格控制梁体温度,避免极端气温时转辙器处梁轨相对位移超限。研究成果可为高速铁路高架桥上无缝道岔群的设计与运维提供借鉴与参考。     

高速铁路无砟轨道无缝线路车站咽喉区道岔连续梁结构形式的研究

研究目的:对高速铁路咽喉区由正线2股道变为站内6股道形成的多股道变化的道岔群进行研究,选择合理的桥梁结构以满足无缝道岔的布置要求。研究结论:通过对无砟轨道无缝线路车站咽喉区道岔连续梁结构形式研究,总结出道岔区桥梁结构形式选择的控制因素;为设计出能满足无砟轨道无缝道岔受力及变形要求的结构需重点解决如下问题:(1)确定无砟轨道无缝道岔对桥梁结构变形及梁缝位置的要求。(2)根据无砟轨道无缝道岔对桥梁结构梁缝处钢轨横向相对位移限值的要求,确定合理的梁跨横向布置。(3)根据确定的梁跨结构形式,建立无缝道岔-桥梁-墩台一体化力学模型,计算岔区轨道、梁体和下部结构的工作状态。(4)做梁部结构整体及局部分析。     

无缝道岔风轨纵向力与位移的研究

无缝道岔是发展超长无缝线路的关键技术，而道岔区导轨、基本轨纵向力分布和位移的计算则是无缝道岔设计的先决条件。本文提出固定辙叉单开道岔和可动心轨单开道岔钢轨纵向力及位移计算的力学模型，编制了实用计算程度，并对６０ｋｇ／ｍ轨１２号单开道岔进行分析，给出了钢轨纵向力及位移的变化规律。     

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。     

温度梯度对高墩桥上无缝线路的影响分析

为研究温度对高墩大跨桥上无缝线路的影响,基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立线—桥—墩一体化模型,计算高墩大跨桥梁桥墩受到纵向和横向温度梯度荷载时钢轨的纵向力和梁轨相对位移。计算结果表明:桥墩受到纵向温度梯度荷载时钢轨受到的最大压力为523.09 kN,与最大附加伸缩力值584.95 kN接近,纵向温度荷载对桥上无缝线路的影响近似等同于附加伸缩力,在设计桥上无缝线路时必须予以考虑;横向温度梯度荷载对桥梁本身的影响较小,在设计中可以通过安全系数予以控制,在设计中可忽略。分析温度荷载对高墩桥上无缝线路的影响,对于桥梁的安全设计和保证桥上无缝线路的稳定状态均具有一定的指导意义。     

简支梁桥上嵌入式轨道钢轨伸缩变形和受力算法研究

为研究简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路钢轨伸缩变形和受力的分布规律,基于梁轨相互作用推导其伸缩变形和受力的解析算法,求解钢轨纵向位移、梁轨相对位移及钢轨伸缩力,分析梁体温度变化、纵向刚度比、桥墩纵向刚度以及桥梁跨数对嵌入式轨道结构伸缩变形和受力的影响。研究结果表明:解析算法求解结果与有限元分析结果吻合良好;梁体温度变化对嵌入式轨道结构的变形和受力影响显著,而纵向刚度比、桥墩纵向刚度和桥梁跨数的影响较小;梁轨相对位移极值可作为简支梁上嵌入式轨道无缝线路的设计限值指标。     

地震作用对有砟轨道桥上无缝道岔纵向受力与变形影响分析

桥上无缝道岔是在高速铁路、艰险山区铁路上铺设跨区间无缝线路不可避免的技术难题,同时跨越震区时,道岔结构自身处于双层薄弱环节之中。根据地震作用下有砟轨道桥上无缝道岔梁轨相互作用原理,建立地震作用下岔-桥-墩动力非线性有限元模型,分析地震波频谱特性、地震动加速度峰值、岔区阻力、梁体温差等因素下的有砟轨道桥上无缝道岔地震作用响应规律。研究结果表明:无缝道岔约束作用较大提高了桥梁结构的低阶自振频率,而且改变了其振动形态;地震波频谱特性和加速度峰值大小对桥上无缝道岔响应影响显著,地震荷载波频越靠近结构主频,加速度峰值越大,桥上无缝道岔受力和变形越大;在钢轨温变较高,又同时考虑地震荷载效应时,钢轨强度和线路稳定性均得不到保障,建议对跨越震区的桥上无缝道岔设计时检算地震荷载与钢轨、梁体温变共同作用时的钢轨纵向力以及道岔联结件受力、关键位置相对位移等。     

高速铁路道岔区桥梁设计综述

综合桥上无缝线路和无缝道岔的技术特点,桥上铺设无缝道岔对高速铁路桥梁设计提出了更高的要求。针对高速铁路咽喉区和渡线道岔区特点,确定无砟轨道无缝道岔对桥梁结构变形及梁缝位置的要求,提出道岔区桥梁设计原则与技术要求,以及典型道岔区桥梁布置以及结构形式。高速铁路道岔区桥梁设计以道岔与桥梁相互作用理论为基础,充分考虑轨道作用力的影响,通过车-岔-桥耦合动力响应分析,确保高速列车运行的安全性、平稳性。     

有轨电车用6号嵌入式道岔无缝化分析

为探明有轨电车嵌入式道岔无缝化的可行性,通过建立有轨电车用嵌入式道岔有限元模型,对钢轨强度、高分子材料特性、钢轨伸缩位移、轨道稳定性以及断缝值进行计算分析。研究结果表明:在温度荷载作用下,基本轨承受一定的附加力作用,钢轨最大温度力出现在直基本轨上;钢轨强度、稳定性及断缝均满足要求;嵌入式道岔最大伸缩位移出现在尖轨尖端,在升温55℃时,其尖轨尖端伸缩位移值为3.16 mm,高分子材料无损坏,可保证对钢轨的锁固作用;有轨电车用嵌入式道岔无缝化可行。     

大跨桥上无缝线路纵向地震响应研究

地震作用下大跨桥上无缝线路纵向响应的研究具有重要意义。以一座大跨桥梁为例,研究了一致激励下桥上无缝线路纵向地震响应,并对小阻力扣件铺设、梁体温差及地震波频谱特性对钢轨最大纵向力的影响进行了分析。得出结论:轨道约束对大跨桥梁结构的低阶纵向自振频率有较大的影响;地震作用下梁缝处钢轨最大纵向力比根据现有规范计算的钢轨最大伸缩力大很多,铁路工程相关规范应增加钢轨地震力检算这一指标;大跨桥上铺设小阻力扣件后,地震时钢轨最大纵向力会降低约20%~30%;穿越震区的大跨桥上无缝线路设计应合理考虑梁体温差的影响,并使桥梁结构低阶纵向自振频率有效避开场地处地震波的主频率段,否则地震发生时桥上无缝线路工作状态将会受到较大考验。     

有轨电车小半径曲线连续钢梁桥上无缝线路布置及其伸缩工况

为研究有轨电车小半径曲线连续钢梁桥上铺设无缝线路，利用有限元法建立轨道-桥梁曲线线型相互作用模型，分别对有缝线路布置、不设钢轨伸缩调节器无缝线路布置、设钢轨伸缩调节器无缝线路布置进行了降温伸缩工况计算。研究结果表明：有缝线路轨缝在大跨度桥梁梁端较难协调桥梁伸缩位移，轨缝存在夏季顶死、冬季拉大的病害；不设钢轨伸缩调节器的无缝线路导致曲线连续梁桥墩承受较大的钢轨温度力径向分力，曲线与直线线型衔接处存在轨向不平顺；设钢轨伸缩调节器的无缝线路通过钢轨伸缩调节器释放了钢轨温度力，桥墩承受的钢轨温度力径向分力较小。考虑到梁轨的纵向和横向耦合作用，采用曲线线型建立计算模型较为符合实际工况。     

桥上无缝道岔与桥梁布置有限元分析

桥上无缝道岔设计同时涉及桥梁—钢轨相互作用力及道岔基本轨—尖轨相互作用力两方面问题。对典型桥上咽喉区普通桥上无缝线路及桥上无缝道岔群进行了对比检算,检算结果表明,桥上无缝道岔较一般区间桥上无缝线路钢轨附加力明显增大,桥上无缝道岔设计应同时兼顾道岔与桥梁孔跨布置。无缝道岔布置于连续梁上时,其钢轨伸缩附加力较区间桥上无缝线路增幅要大,尤其在咽喉区多联连续梁且两组道岔对向布置情况最为不利,如道岔对向布置情况不可避免,此时应在两连续梁间插入简支梁,道岔距梁缝应保持一定距离,以尽量减少连续梁温度跨度与道岔限位装置钢轨附加力叠加效应。     

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。     

桥上无缝道岔纵向力计算理论与试验研究

根据桥上无缝道岔受力和变形特点,建立道岔-桥梁-墩台一体化计算模型,并利用有限元法对模型求解。以浙赣线湄池1号大桥为例,分析桥上无缝道岔的受力与变形的特性,测试桥上无缝道岔的温度力和位移。试验结果表明,理论计算结果和实测数据相吻合。理论分析和实验研究表明:所建立的道岔-桥梁-墩台一体化模型用于计算桥上无缝道岔纵向力和位移是合理可行的;桥上无缝道岔与桥上无缝线路的受力和变形差别很大,在计算桥上无缝道岔时应考虑实际的钢轨温度变化幅度、道岔布置方式和岔、桥相对位置。在道岔布置密集的区域,如车站咽喉区,道岔间的相互影响较大,为准确计算道岔及桥梁的受力和位移,应建立包括所有道岔和桥梁的整体模型。     

混凝土桥面轨道纵向位移阻力的研究

对桥上无缝线路，梁轨之间存在由相对位移引起的轨道纵向位移阻力，使桥梁与轨道形成一个相互作用，相互约束的力学平衡体系，因此，轨道纵向位移阻力是分析无缝线路钢轨和桥梁受力的重要参数。由于道床的散粒体特性以及现场测试条件的限制，国内外在这方面的试验研究较少，轨道纵向位移阻力与梁轨相对位移和轨道竖向受载的关系，可采用梁体与钢轨之间产生一系列的相对位移，并测定钢轨的受力大小来确定。本文通过室内模拟试验，介绍了轨道纵向位移阻力的试验分析结果，轨道纵向位移阻力是分析无缝线路钢轨和桥梁受力的重要参数。本文通过两个1:4缩尺室内模拟结构试验，介绍了轨道纵向位移阻力的试验分析结果。