高速铁路简支梁桥首墩高度限值研究

研究目的:桥梁和桥墩在温度效应作用下会发生翘曲而引起轨面几何形态的变化。由于桥台受温度作用变形较小,当与桥台相邻桥墩(首墩)高度较大时就可能引起轨道几何形位超限。本文以高速铁路6×32 m简支箱梁桥为研究对象,基于隔枕校核的方法,针对桥梁结构温度效应引起的基础变形形式,提出高速铁路32 m简支箱梁首墩高度合理取值范围的拟合计算公式。研究结论:(1)当首墩超过某一限值时,桥梁和桥墩在温度作用下将引起轨道高低和方向的几何形位超限,桥梁设计时不能忽视桥墩、桥梁温度效应引起的不平顺;(2)满足不平顺校核值的首墩高度与温度的关系式均可由H=a/ΔTb+c拟合;建议分别考虑桥墩升温耦合桥梁竖向正温差、桥墩降温耦合桥梁竖向负温差以及桥墩横向温差三种计算工况,并均以中波不平顺校核方法(隔8枕校核值)确定首墩高度限值;(3)建议将首墩高度限值纳入高铁桥梁设计规范;(4)该研究成果对于指导桥墩设计、施工,提高高速铁路桥上无缝线路的平顺性具有参考价值。     

相邻墩高差对无砟轨道结构不平顺的影响研究

针对新建客运专线验收时相邻桥墩高差较大的桥上轨道结构不平顺超限现象,基于有限元分析方法结合实际桥梁工点情况,对简支梁、连续梁及连续刚构典型桥梁工点分别建立有限元分析模型,研究相邻墩高差温度效应对无砟轨道平顺性的影响;相邻墩高差温度效应对轨道10 m弦长不平顺影响很小,对轨道48a弦长不平顺有较大影响,与轨道结构既有不平顺叠加可能超限;轨道480a弦长不平顺的直接影响因素是最高桥墩的高度,与相邻墩高差没有必然关系。     

高铁桥梁典型长期变形对列车响应的影响研究

梁体徐变与桥墩沉降是高速铁路桥梁两种典型长期变形,为探讨其联合作用对列车响应的影响,以高铁32 m混凝土简支箱梁桥为研究背景,通过建立车-桥系统耦合振动模型,开展徐变作用、徐变与桥墩沉降联合作用对桥上车辆动力响应分析,对比单墩沉降、相邻双墩沉降和相邻三墩沉降3种沉降类型对列车动力响应的影响。结果表明：当桥梁考虑徐变时,车辆竖向加速度较不考虑徐变工况增大6.8%;考虑徐变与桥墩沉降联合作用,随着桥墩沉降量增大,车辆竖向加速度均明显增大,当单墩、相邻双墩和相邻三墩沉降达50 mm时,车辆竖向加速度较仅考虑徐变时分别增大76.8%、62.7%和33.8%;考虑5 mm徐变上拱,当单墩沉降量为30 mm,或当相邻双墩、三墩沉降量为40 mm,车辆竖向加速度超过规范1.3 m/s²的限值要求。     

高速铁路大高差桥墩竖向温度变形对行车舒适性和安全性影响研究

墩顶竖向变形是高速铁路桥梁安全的重要参数之一。在温度效应下,相邻桥墩高差较大时,桥梁会出现竖向变位差,造成轨道不平顺,这将影响高速铁路的舒适性和安全性。目前国内各类规范对桥墩竖向变形的限值规定不尽相同,为了研究大高差桥墩顶竖向变形的温度效应影响,以合福高铁巷坑大桥为例,对大高差桥墩在温度效应下的墩顶竖向变形进行现场测量,将测量和计算结果同各类规范进行对比,进一步对考虑温度效应时车辆通过桥梁结构时耦合响应进行仿真分析,结果表明:巷坑大桥桥墩顶竖向变形差超过规范限值,但车辆通行时的舒适性和安全性均能满足规范要求,车辆走行性偏于安全,合福高铁通车至今该桥一直运营正常。综上所述,现行规范对大跨度桥梁桥墩的变形指标要求偏严,特殊情况下无法满足规范要求时,建议参考公式,适当放松验收指标。本研究对突破规范限制,在大跨度桥梁铺设无砟轨道具有重要的意义。     

不同刚度的32m简支箱梁动力性能试验分析

研究目的:为研究不同刚度的高速铁路32 m简支箱梁在动车组列车作用下的工作状态,本文对6个图号的简支箱梁(优化前后的250 km/h有砟轨道、250 km/h无砟轨道、350 km/h无砟轨道)的实测梁体竖向挠跨比、自振频率及动车组作用下的动力响应数据进行分析。研究结论:(1) 32 m箱梁自振频率和挠跨比实测值大于设计值,截面优化后的竖向刚度与优化前相比均有所降低;(2)在同一型号动车组作用下,箱梁振动数值大小与梁体刚度大小呈反比;(3)设计速度250 km/h无砟轨道箱梁横向和竖向振动实测值最大,350 km/h无砟轨道箱梁刚度大于250 km/h有砟轨道箱梁但竖向动力响应数值相当,无砟轨道箱梁振动数值大于有砟轨道;(4)同一图号的32 m简支箱梁,当动车组轴重增大、桥上线路不平顺时,桥梁竖向动力响应与线路平顺状态时相比明显增大,会发生超过通常值的现象;(5)本文研究可为桥梁车桥耦合仿真计算、设计优化、运营性能评估提供参考。     

铁路桥梁温度效应对相邻不同墩高的桥墩高程变化的影响研究

相邻桥墩高差过大时,温度效应会引起各桥墩间产生竖向位移差,进而导致轨面产生附加不平顺,对轨道的平顺性及运营安全产生影响。鉴于我国幅员辽阔、地形地貌复杂,部分桥梁相邻桥墩存在较大高差的现象,有必要开展相邻桥墩高差较大时温度效应对不同高度桥墩高程变化的影响研究。采用MIDAS建立有限元模型进行建模,对常见铁路桥梁结构进行分析,并根据计算最终结果,为设计及施工提出指导性建议。     

350 km/h高铁32 m简支箱梁提速至400 km/h适应性分析

研究目的:高速铁路列车速度是衡量国家铁路发展水平的重要指标之一,时速400 km是目前多个国家追求的目标或发展方向。中国国家铁路集团有限公司于2021年组织实施“CR450科技创新工程”。本文基于京沪高速铁路32 m简支箱梁在动车组420 km/h速度范围内的试验数据,从桥梁结构自振频率、竖向刚度、动车组作用下的动力响应方面分析其对动车组400 km/h运行的适应性。研究结论:(1)32 m简支箱梁梁体竖向自振频率实测值为6.68～7.03 Hz,大于相关文献按440 km/h仿真计算确定的基频限值5.1 Hz;(2)32 m简支箱梁梁体竖向刚度能够保证动车组400 km/h运行的安全性和乘坐舒适性;(3)32 m简支箱梁结构承载力满足动车组400 km/h的运营荷载要求;(4)32 m简支箱梁实测梁体竖向振动加速度最大值为0.27 m/s²,小于《高速铁路设计规范》规定的限值5.0 m/s²;(5)在动车组420 km/h速度范围内,正线轮轴横向力实测值一般小于20 kN,实测梁体跨中和桥墩墩顶横向振幅数值均较小,实测无砟轨道相邻梁端两侧的...     

高速移动荷载作用对桥上轨道竖向动力特性的影响

以成灌铁路简支箱梁桥及轨道结构为背景,建立了移动荷载作用下桥梁轨道力学模型,推导了其竖向振动位移响应并编制计算程序,分析了荷载移动特性对桥上轨道竖向振动位移特性的影响。计算单个荷载以不同速度通过轨道时的竖向位移变化,得出即使没有轨道不平顺影响,高速移动荷载作用仍然会引起桥上轨道竖向振动,且振动频率与速度有关;与静荷载作用相比,轨道的竖向振动振幅大大增加,就成灌铁路而言,竖向位移最大值出现在速度350 km/h时。研究结果对深入了解高速列车通过桥上轨道时的动力特性有重要指导意义。     

客运专线连续箱梁竖向温差取值探讨

为研究客运专线箱梁竖向温差荷载对结构受力的影响,对比分析美国、英国、日本及中国四种不同桥梁规范给定的非线性日照温度曲线,结合3跨变截面连续箱梁实例,计算不同桥梁规范非线性日照温度下结构截面的温度应力,表明我国铁路规范规定的温差荷载对结构使用阶段受力影响相对较大。结合我国客运专线桥梁结构实际情况,考虑桥面轨道结构对桥面温差的折减效应,提出我国客运专线箱梁桥竖向温差选取的建议。     

高速铁路常用跨简支箱梁运营性能检定

根据对我国高速铁路桥梁动力性能测试数据的分析和相关研究,将高速铁路常用跨度简支箱梁运营性能的检定划分为抽样桥梁的周期性检定、提速桥梁的检定以及运营状态异常或有重大缺陷和损伤等桥梁的检定3类;检定中以梁体的自振特性、竖向刚度(挠度和梁端转角)和竖向动力响应作为简支箱梁运营性能的竖向评定参数,以梁体和桥墩的横向振幅、无砟轨道相邻梁端两侧的钢轨支点横向相对位移作为简支箱梁运营性能的横向评定参数。根据对高速铁路联调联试得到的桥梁动力性能实测样本的统计分析并按可信度97.5%计算,分别给出250和350km·h~(-1)高速列车运行速度下跨度为19.5~39.1m的预应力混凝土简支箱梁运营性能评价参数的建议通常值:梁体竖向自振频率分别为5.0~8.4和5.5~9.9 Hz,竖向阻尼比为2.0%~3.5%,挠跨比分别为1/12 000~1/48 00和1/11 000~1/7 200,梁端竖向转角分别为0.30‰~0.65‰和0.25‰~0.45‰rad,跨中竖向和横向振幅分别为0.20~0.35和0.10~0.15mm,跨中竖向振动加速度为0.25~0.40m·s~(-2),墩顶横向振幅以墩全高与墩横向平均宽度之比在0.5~4.2范围内为条件选取,无砟轨道相邻梁端两侧的钢轨支点横向相对位移为0.5mm。针对预应力混凝土简支箱梁运营性能评价参数的测试方法提出建议。     

高墩大跨桥梁桥墩升温对桥上无缝线路的影响研究

高墩大跨桥梁桥墩整体在太阳辐射下升温,会使桥墩顶部产生竖向位移。对桥墩升温产生竖向位移对无缝线路的影响这一问题,使用有限元软件建立线-桥-墩一体化模型,分析高墩升温条件下桥上无缝线路的受力及变形。计算结果表明:桥墩的升温对桥墩受力影响较小,桥墩温度变化引起的线路竖向不平顺主要是长波不平顺。建议高墩大跨桥梁不考虑桥墩整体温度变化对线路受力的影响,但要对桥墩变形引起的竖向不平顺进行检算,以满足规范对桥上无缝线路验收的需要。     

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。     

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。     

桥墩温度荷载对连续梁桥线路平顺性的影响分析

高墩大跨桥梁墩身高,柔性大,在温度梯度的作用下桥墩容易产生较大的变形,这种变形传递到梁体,从而进一步作用在轨道结构上,使其产生不平顺,影响行车质量,而列车在线路上高速行驶时对线路平顺性要求较高。针对这一现实情况,文章通过大型有限元软件,以某高墩大跨连续梁桥为例,建立桥墩-梁体-轨道结构模型,分析钢轨在桥墩整体升温和纵横向温度梯度作用下产生的位移,并参照国内现有的评判标准,计算钢轨不平顺值,分析不同的温度荷载对轨道结构平顺性的影响,最终得出如下结论:桥墩整体温升会影响无缝线路的竖向平顺性;桥墩横向温度梯度会对无缝线路轨向平顺性影响较大;纵向温度梯度对线路平顺性影响不大。     

桥墩温度变化对桥上道岔动力特性的影响

道岔是铁路线路的薄弱环节,是影响行车平稳性与安全性的关键设备。随着我国西南山区铁路的建设,不可避免出现大量高墩大跨桥梁,温度作用下相邻高墩差将引起轨道不平顺,从而影响桥上无砟道岔的动力特性。为研究温度作用下相邻桥墩高度差对连续梁上道岔动力特性的影响规律,以某(40+56+40) m变宽连续梁上18号道岔为研究对象,采用UM软件和ANSYS联合仿真,建立列车-道岔-桥梁耦合系统动力学模型,研究温度作用下桥墩变形引起的轨道变形对道岔动力特性的影响规律。结果表明：桥墩升降温对钢轨竖向变形影响较大,当相邻桥墩高度差为29.5 m,桥墩温度变化为30℃时,钢轨最大竖向变形为20.97 mm,出现在桥墩最高处;桥墩高差仅对车体垂向振动加速度有影响,对轮轨力、车辆安全性、平稳性和道岔变形基本无影响;桥墩升温30℃时,高速列车以385 km/h速度直向通过道岔时车体振动加速度从0.05 m/s²增大至0.13 m/s²,高速列车以90 km/h速度侧向通过道岔时加速度从0.04 m/s²增大至0.10 m/s²;桥...     

高速铁路简支梁桥上周期性高低不平顺成因分析及控制指标研究

自高速铁路开通运营以来,在多次轨道检测过程中发现32 m简支梁上存在周期性的轨道高低不平顺,为了查明桥上轨道不平顺的成因以及其对车辆和桥梁动力性能的影响,分析了列车荷载的影响,并对实测混凝土徐变与计算值进行了对比。分析结果表明,混凝土收缩徐变是桥上周期性不平顺形成的主要因素,桥上周期性不平顺值还未达到I级超限的标准。通过车-线-桥垂向耦合振动分析可知,在不同的徐变上拱情况下,轮重减载率相对于车体振动加速度和乘坐舒适度对轨道不平顺的变化更加敏感,而桥梁的动力响应均满足限值的要求。在轨道铺设后,当速度在300～350 km/h时,建议32 m简支梁上的徐变上拱值控制在7 mm内,该值与德国规范DIN-Fachbericht 103的要求一致。     

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。     

系杆拱连续梁桥-多线轨道互制分析的荷载步法

为研究考虑加载历史的桥梁-多线轨道系统受力特性，通过推导考虑加载历史的线路纵向阻力迭代公式并以某(77+3×156.8+77) m系杆拱连续梁桥为例，建立考虑钢管混凝土拱、吊杆、梁体、桥墩、桩基、多线轨道的大跨度系杆拱连续梁桥一体化有限元模型，分析加载历史对系杆拱连续梁桥-轨道系统受力影响及结构检算结果。结果表明：代数求和算法计算钢轨应力峰值偏大61.9%,墩顶水平力偏大74.0%,考虑温度效应须同时对钢轨、梁体和拱施加温度荷载；挠曲工况下双线同向加载时墩顶水平力为1 058.2 kN,双线对向加载时墩顶扭矩为4 193.6 kN·m;计算温度制挠力时，代数求和算法计算钢轨应力较荷载步法偏大7%,墩顶水平力偏大8%～27%,设计不经济；代数求和算法计算墩顶扭矩与荷载步法最大偏差可达51.3%。     

温度荷载对桥上无缝线路平顺性的影响分析

基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立桥上无砟轨道无缝线路模型,桥梁温度荷载分别取均匀温度荷载、沿梁高的温度梯度荷载以及沿梁高和梁宽双向温度梯度荷载3种工况,计算分析桥梁在不同温度荷载作用下桥上无缝线路的平顺性。计算结果表明:桥梁受沿梁高温度梯度荷载作用时对钢轨竖向位移的影响最大,线路的短波、中波高低不平顺均超过规范限值,长波高低不平顺未超限;桥梁在沿梁高和梁宽双向温度梯度荷载作用下,线路的中波高低不平顺稍稍超限,短波高低不平顺接近规范限值,长波高低不平顺有较大余量;桥梁在均匀温度荷载作用下,线路的高低不平顺均远小于限值。