大跨度提篮拱桥上无缝线路设计关键技术研究

研究目的:通过研究提篮拱桥在温度变化、列车荷载作用下的变形规律,并建立铺设无砟轨道的大跨度提篮拱桥无缝线路的非线性有限元计算模型,进行梁轨相互作用分析,计算铺设无砟轨道的140 m跨径提篮拱桥上无缝线路变形、纵向力、伸缩位移、挠曲位移,为桥梁和无缝线路设计检算提供支持.研究结论:在计算提篮拱桥的伸缩力时,可采用与常见简支梁或连续梁相同的方法计算梁的伸缩位移量;在列车荷载作用下提篮拱产生的最大挠曲位移明显小于伸缩位移,钢轨挠曲力较钢轨伸缩力小,挠曲力一般不控制轨道检算,但可能控制墩台的设计检算.     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道挠曲力影响因素分析

针对我国高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道梁-板-轨相互作用问题,采用有限元法分别建立双线多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型,考虑桥梁及轨道结构的细部尺寸与力学属性,计算列车荷载作用下各轨道及桥梁结构的挠曲力与位移,分析扣件纵向阻力、滑动层摩擦因数等参数对桥上无缝线路挠曲受力与变形的影响规律。研究结果表明:列车荷载作用下大跨连续梁桥上轨道结构的受力与变形要明显大于多跨简支梁桥,单线加载时有载侧和无载侧之间相差不大,且近为双线加载时的1/2;需要根据不同的检算部件选取最不利的列车荷载作用长度;采用小阻力扣件改善钢轨受力与变形时,固定支座桥台和连续梁活动支座桥墩处的轨板相对位移应加强观测;滑动层摩擦因数、固结机构纵向刚度及固定支座墩/台顶纵向刚度均需控制在合理范围内。     

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。     

桥梁温度分布情况对桥上无砟轨道的影响分析

研究目的:为研究不同桥梁温度分布情况对无缝线路的力学特性和轨道静态几何形位的影响,根据梁轨相互作用理论和有限元法,建立简支梁桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路计算模型,分别分析在桥梁均匀温度荷载和不均匀温度荷载作用下无缝线路的受力与变形情况,并研究两种温度荷载对轨道静态几何形位的影响。研究结论:(1)在桥梁不均匀温度荷载作用下,无缝线路受力和变形与桥梁均匀温度荷载作用下的计算结果存在较大的差异性;(2)两种桥梁温度荷载作用下,轨道几何形位会产生一定的改变,且均对高低偏差和水平偏差影响较大,而对轨距偏差和轨向偏差影响较小;(3)当桥梁阴、阳面温差为30℃时,高低偏差最大值为-3.23 mm,大于其相应的限值±2 mm,因此在进行桥上无缝线路设计时不可忽略梁体温差对轨道几何形位的影响;(4)建议在进行高速铁路桥上无砟轨道无缝线路设计时,采用桥梁均匀温度荷载进行加载,而在检算时,采用桥梁不均匀温度荷载进行加载;(5)本研究成果对简支梁桥上无砟轨道无缝线路设计具有参考价值。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道制动力影响因素分析

研究目的:桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路梁-板-轨及层间相互作用机理比较复杂,为研究各轨道及桥梁结构的制动力传递规律及其影响因素,基于有限元法和梁-板-轨相互作用原理,建立多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上无砟轨道无缝线路空间耦合模型,计算列车制动荷载作用下各轨道及桥梁结构的纵向力与位移,并分析多种因素对制动力传递规律的影响。研究结论:(1)制动荷载作用下的轨道结构纵向力由拉力逐渐变为压力,纵向位移呈现先增后减的趋势;(2)需根据不同的检算部件选取最不利的荷载工况;(3)在检算时需考虑轨道板/底座板刚度的折减,且必须保证其施工质量;(4)采用小阻力扣件时轨板快速相对位移的剧增易带动轨下胶垫滑出;(5)固结机构、桥墩/台采用较大纵向刚度,并保持滑动层的良好滑动性能有利于各轨道及桥梁结构的受力与变形;(6)该研究成果可为桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路的设计、施工及运营维护提供参考。     

钢桁梁桥上无缝线路空间耦合模型研究

由于钢桁梁桥的桥梁结构和桥上无缝线路的轨道结构具有特殊性,不能使用简单的桥上无缝线路计算模型,为了更好地分析其受力与变形,以某8×33.7 m栓焊简支桁梁桥上无缝线路为例,采用ANSYS有限元软件建立了桥上无缝线路空间耦合模型。该模型充分考虑了钢桁梁桥纵梁、横梁、桁杆、桥墩和无缝线路钢轨、扣件、轨枕等的细部结构,及各部件对整体力学特性的影响,可以计算钢轨及桥墩在温度荷载和车辆荷载作用下所产生的附加力,也可以对梁缝纵向变化量、钢轨横向变形、桥梁竖向挠度等进行计算。     

桥墩温度荷载对高墩大跨桥上无砟轨道无缝线路的影响研究

在高墩大跨桥梁中,由于夏季太阳辐射作用混凝土结构会出现膨胀,桥墩整体升温会导致墩顶竖向位移增加,从而引起桥上无缝线路纵向附加力和钢轨竖向位移。为研究桥墩整体升温对无砟轨道中轨道部件受力和变形的影响,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,分析高墩大跨桥墩升温条件下桥上无砟轨道无缝线路的受力以及平顺性。计算结果表明:桥墩整体升温对钢轨的纵向力、梁轨相对位移、凸台树脂变形和凸台受力的影响均很小,在无缝线路设计和检算时可以不考虑其对钢轨强度的影响,但会引起线路竖向不平顺,且主要是长波不平顺。     

多跨简支梁桥上Ⅲ型板式无砟轨道制动力传递规律研究

为探究列车制动荷载作用下轨道、桥梁结构纵向受力特性及其影响因素,基于有限元法和梁-板-轨相互作用原理,建立多跨简支梁桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,对列车制动荷载作用下结构纵向受力特性、传递规律及其影响因素进行分析。结果表明:以全桥列车制动加载作为计算轨道及桥梁结构制动受力与变形时的最不利工况是偏安全的,并应以有载侧计算数据进行检算;桥上扣件需依据轨道板快速相对位移试算结果进行比选, WJ-8型小阻力扣件可适用于多跨简支梁桥且有较大安全冗余;桥上采用小阻力扣件或墩顶纵向刚度较小时均会使得列车制动荷载作用下的轨道板快速相对位移较大,不利于扣件的长期服役;轨道和桥梁结构制动检算过程中建议将桥跨数简化为10～15跨;需保证土工布隔离层的滑动性能,且应将其摩擦系数应控制在合理范围内。     

简支梁桥上Ⅰ型板式无砟轨道挠曲受力与变形

研究目的:桥上无缝线路受力比较复杂,桥梁、轨道结构的受力变形成为广泛关注的问题。为研究列车荷载作用下桥上轨道结构的受力变形规律及影响因素,根据多跨简支梁桥上单元板式无砟轨道无缝线路的结构特点,基于有限元法建立多跨简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,计算列车荷载作用下桥上轨道结构的挠曲力与位移,并分析扣件纵向阻力、墩台顶固定支座纵向水平线刚度以及桥梁跨数等因素对挠曲受力与变形的影响规律。研究结论:(1)在列车荷载作用下,钢轨挠曲拉力及压力最大值分别出现在左侧桥台固定端与最后一跨跨中位置,钢轨位移呈先增后减的趋势,并在两侧路基段逐渐减小至零;(2)采用小阻力扣件可明显降低钢轨及轨道结构的受力,但同时会增加轨板相对位移,需要重点关注钢轨在桥台处的爬行;(3)采用较大纵向水平线刚度的低墩桥对列车荷载作用下桥上轨道结构纵向位移而言是不利的;(4)随着桥梁跨数的增加,轨道结构的纵向力与位移也不断增大,在6跨之前增幅明显,6跨之后增幅明显放缓并逐渐趋于平稳;(5)本研究成果对桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道的设计及结构安全性具有参考价值。     

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。