桥上纵连板式无砟轨道无缝线路力学性能分析

基于有限元法,考虑钢轨、无砟道床、滑动层、桥梁等结构的相互作用关系,建立桥上纵连板式无砟轨道无缝线路纵-横-垂向空间耦合模型,进行滑动层摩擦系数、扣件纵向阻力、无砟道床伸缩刚度等对桥上纵连板式无砟轨道无缝线路的受力和变形影响规律的研究.结果表明:滑动层减弱了桥梁、轨道间的相互作用,当滑动层摩擦系数为0.1～0.5时,无缝线路伸缩力仅为22.821～55.361 kN,远小于一般桥上无缝线路结构;滑动层摩擦系数越小越有利于轨道和桥梁结构的安全使用;底座板/轨道板的伸缩刚度减小会明显增大部分轨道和桥梁的受力,伸缩刚度折减至10％时,伸缩力会增大近6倍,因此应该注意控制底座板和轨道板的开裂现象;扣件的纵向阻力变化对轨道和桥梁结构的受力和变形几乎没有影响,但为了防止钢轨爬行或断缝值超限,扣件阻力不宜太小.     

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。     

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。     

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。     

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.     

灌河特大桥桥上无缝线路结构设计

新建连云港至盐城铁路灌河特大桥为客货共线的双线铁路桥,桥上敷设有砟轨道,采用一次敷设跨区间无缝线路。桥梁主跨结构为(120+228+120)m连续钢桁柔性拱,温度跨度大且结构复杂。采用有限元法建立桥上无缝线路空间耦合模型,分别对桥上敷设常阻力扣件、小阻力扣件和设置伸缩调节器三种工况进行检算,以确定是否需要采用钢轨伸缩调节器以及其布设位置。     

武广高速铁路桥上铺设无砟轨道关键技术研究

为解决武广高速铁路大跨度桥上铺设无砟轨道时,遇到跨越大梁缝、梁端转角和位移过大、温度跨度太大需设置钢轨伸缩调节器、梁端轨道板稳定性、桥上铺设道岔等系列问题。采用理论计算分析并结合工况实际,充分考虑设计参数的最不利因素,武广高速铁路实现了最大跨度168m桥上铺设无砟轨道,在钢箱系杆拱桥上铺设无砟轨道,在桥上道岔区铺设无砟轨道等技术难题,解决了大跨度桥上铺设无砟轨道若干关键技术难题。     

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。     

CRTSⅠ型板式无砟轨道凸形挡台树脂离缝成因分析

针对目前在桥梁地段CRTSⅠ型板式无砟轨道凸台周围树脂离缝,建立CRTSⅠ型板式轨道力学模型,采用可压缩超弹单元模拟树脂层,分析不同扣件阻力、轨道板与CA砂浆间的摩擦阻力条件下的填充树脂层受力。结果表明:在纵向荷载作用下,一旦树脂层发生塑性变形,随着荷载消失和温度下降,树脂层将无法完全回弹,因而产生离缝,并在梁端转角和列车振动荷载作用下进一步发展;在扣件纵向阻力较大时,树脂层会从轨道板下表面与树脂层相接触的位置剪切破坏;轨道板与CA砂浆层之间的摩擦阻力对树脂层的压缩位移和剪切应力的影响不大。     

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。     

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。     

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。     

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64m主跨桥上无缝道岔检算与结构优化

研究目的:为研究高速铁路64 m主跨连续梁桥上铺设无砟轨道无缝道岔的可行性,本文以京雄城际铁路黄固特大桥为研究对象,基于道岔-桥梁相互作用原理、非线性有限元理论,建立无缝道岔-无砟轨道-桥梁空间耦合静力学模型,研究在温度作用、列车垂向荷载、列车制(启)动荷载以及断轨时的大跨桥上无缝道岔力学特性,提出一套适用于大跨桥梁无缝道岔的检算方法和轨道结构优化方案。研究结论:(1)主跨64 m连续梁全桥采用常阻力扣件时,温度和列车荷载下钢轨附加力较大,钢轨最大拉、压应力分别为382.01 MPa和371.30 MPa,超过钢轨容许应力;(2)温度作用下的尖轨、心轨相对基本轨的位移大于挠曲和制(启)动两种工况,相对位移值远小于限值要求;(3)当连续梁两侧相邻一跨简支梁及一侧梁端20 m范围内采用小阻力扣件时,钢轨总应力相对比常阻力扣件方案可降低12.03%,强度、稳定性等指标均可满足规范要求;(4)本研究成果可为大跨桥梁无缝道岔的设计与铺设提供借鉴与参考。     

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.     

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。     

桥上无砟轨道无缝道岔纵向温度力研究

为建立能客观反映桥上无砟轨道无缝道岔实际受力情况的计算分析模型,在吸收国内研究成果的基础上,基于有限单元法,建立桥上无砟轨道,无缝道岔伸缩力的计算模型.分析轨温变化幅度,扣件阻力,限位值等轨道结构参数对无缝道岔受力及变形的影响,得出桥上无砟轨道无缝道岔的受力和变形的特点,对无缝道岔的设计和养护维修有一定的指导意义.     

大坡道桥上无砟轨道梁端过渡板力学性能分析

为研究大坡道桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路梁端轨道结构力学性能变化规律,基于有限元法和梁-板-轨相互作用机理,建立桥上无砟轨道无缝线路梁端过渡板结构空间精细化有限元模型,分析桥梁梁体温差、温度跨度以及梁体坡度等因素对增设过渡板后梁端轨道结构力学性能的影响。分析结果表明：梁端轨道结构受力随桥梁梁体温差、温度跨度和桥梁纵向坡度增大而增大,与之相反,轨道板稳定系数逐渐变小;位于坡道上的桥梁增设过渡板后,梁端轨道结构受力明显减小,轨道板稳定系数显著增加;当桥梁纵向坡度为20‰,桥梁温度跨度由88 m增加至210 m时,桥梁梁端处扣件最大拉力和最大压力分别增大2.4倍和2.5倍,钢轨弯曲应力近似线性增加,轨道板稳定系数呈小幅度减小趋势;当梁体温度跨度为101 m,桥梁纵向坡度由5‰增大至35‰时,桥梁梁端处扣件最大拉力和最大压力均增大了近3.2倍,钢轨弯曲应力线性增加,轨道板稳定系数变化幅度在梁体纵向坡度取10‰时发生突变,幅度明显变小,减小趋势变缓;在平坡地段,梁体温度跨度变化引起的梁端轨道结构力学性能变化很小。研究成果可为大坡道桥梁梁端轨道结构设计以及轨道结构安全服役和运营维护提供参考...     

梁轨相互作用对过渡段道床板翘曲的影响

研究目的:为了明确梁轨纵向相互力学行为对无砟轨道路桥过渡段道床板翘曲的影响,建立路桥过渡段处双块式无砟轨道桥上无缝线路及道床板力学计算模型,研究桥梁及轨道结构约束作用、钢轨伸缩力、道床板温度梯度等对道床板翘曲变形的影响。研究结论:(1)考虑桥梁及轨道结构的约束作用时,道床板上拱量相对增大约28%,达到2.5 mm;考虑桥上无缝线路纵向附加力时,桥台附近的钢轨伸缩变形会降低道床板的上拱量约44%,降为1.4 mm,且随着钢轨伸缩力的增大,降低值越大;(2)正温度梯度作用下,道床板上拱量有所增加,增大约43%,达到2.1 mm,而负温度梯度作用下道床板上拱量有所减小,减小约14%;(3)桥梁升温幅度越大,道床板上拱量越小,且随着温度幅度的增加,降低趋势变缓;(4)对于大跨度桥梁梁缝处铺设伸缩调节器时,道床板上拱量较主桥铺设小阻力扣件工况增大约1.2倍,增大到7.8 mm;(5)该研究结论对无砟轨道路桥过渡段设计优化理论和工程实践具有一定指导意义。     

高速铁路长大桥梁CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道无缝线路影响因素分析

研究目的:当大跨度连续梁桥上铺设了CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构之后,其梁轨相互作用机理更加复杂,原有的计算方法、计算模型及设计参数可能不再适用。针对既有研究的不足,本文基于有限元方法建立纵横垂向空间耦合模型,对道床板和底座板年温差、扣件纵向阻力、橡胶垫板弹性模量和隔离层摩擦系数等设计因素的影响规律进行计算与分析,为高速铁路长大桥梁CRTSⅠ型双块式无砟轨道无缝线路的设计参数的选择提供参考。研究结论:在进行设计与检算时,应根据不同地区的实际情况分别选取当地不同的年温差作为道床板和底座板的温差取值;通过在桥上采用小阻力扣件,可以明显降低钢轨最大纵向附加力及轨道结构的受力,但当扣件纵向阻力较小时,在长大桥梁的梁端处,扣件的爬行量较大,需要重点加以关注;在限位凹槽周围侧面应设置高弹橡胶垫板;道床板和底座板之间应尽量采用较小摩擦系数的隔离层。