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。     

铁路桥梁墩台制动附加力规律研究

TB 10002—2017《铁路桥涵设计规范》规定墩台承受的制动附加力为竖向荷载的10%,不能很好地反映列车制动时墩台受力规律。建立重载铁路简支梁线桥模型,研究典型工况下墩台受力变化规律,并对主要影响因素进行分析。研究结果表明:满跨加载状态下,桥梁墩台整体承受约90%的轨面制动力,单墩最大制动附加力与对应单跨轨面制动力基本相等;单线加载单线受力对墩台受力更为不利,双线受力使约10%的轨面制动力沿另一线钢轨传入两侧路基;相邻墩顶线刚度差比值不超过10%时,桥墩承受的制动附加力基本不受影响;线路纵向阻力在一定范围内对墩台受力特征基本无影响。     

下承式拱桥上无缝线路设计及纵向力影响因素分析

基于梁轨相互作用原理,针对下承式拱桥的受力特点,建立下承式拱桥上无缝线路纵向力计算模型,分析了6种不同的铺轨方案,并从中比选出最佳的铺设方案,在此基础上分析了拱肋、吊杆、荷载工况、墩台刚度等对纵向力的影响。分析结果表明:在连续梁左端布置1组单向钢轨伸缩器且尖轨位于拱桥左边跨时,钢轨纵向力最小;拱肋、吊杆对钢轨伸缩力影响较大,对钢轨制动力和断缝值影响较小;计算钢轨制动力时建议选取拱桥全跨布载,计算断缝值时建议在连续梁梁端附近设置断轨,计算结果具有较大的安全储备;列车运行时拱肋受拉,建议下承式拱桥拱肋采用钢管混凝土结构。     

双固定墩对市域铁路桥上无缝线路纵向力的影响研究

针对双固定墩对桥上无缝线路纵向力的影响开展研究，以某市域铁路为实际工程背景，基于梁轨相互作用原理、非线性有限单元法，建立线-桥-墩一体化计算模型，分析温度变化、列车制(启)动以及断轨工况下双固定墩简支梁桥上无缝线路纵向力变化规律，并以规范要求进行轨道力学检算。计算结果表明，相比普通桥上无缝线路而言，双固定墩对钢轨最大伸缩及制动拉力影响不大，但显著提高伸缩压力的峰值；双固定墩所受纵向力近似为0,但与双固定墩相邻桥墩承受的纵向力增幅达到50%左右；当钢轨在双固定墩处折断时，双固定墩对钢轨断缝有抑制作用；从桥上无缝线路受力角度考虑，当墩刚度低于500 kN/(cm·单线)时，双固定墩桥上无缝线路无需单独进行轨道力学检算，桥梁专业按规范取值进行桥墩检算即可满足工程设计需求。研究结果可为双固定墩桥上无缝线路轨道系统和墩台设计提供参考。     

大跨度中承式拱桥桥上无缝线路计算分析

运用梁轨相互作用原理,建立“线-桥-墩”纵向相互作用一体化模型.以某一大跨度双线中承式拱桥为例,运用简化算法建立有限元模型,对不同工况下桥上无缝线路进行计算分析.分析表明:拱肋的日温差对钢轨伸缩附加力影响很小,对拱肋自身的受力影响很大,应考虑拱肋日温差的取值;钢轨挠曲附加力远小于钢轨伸缩附加力,挠曲附加力在钢轨强度检算中不起控制作用,但在拱肋设计检算中可能起控制作用;制动力使得拱肋承受拉力,对拱肋受力不利,检算时应当考虑制动工况.     

桥上无缝线路附加力计算模型研究

有碴桥上无缝线路采用小阻力扣件，在梁轨相对约束的条件下，钢轨、轨枕及梁跨结构三者之间将产生较明显的相对位移，以往的计算模型没有考虑轨枕和钢轨相对位移的影响，与有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路工况存在较大偏差．为此，建立了一种能综合考虑钢轨、轨枕、梁体三者相互作用的有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路附加力计算力学模型，给出了算例，对不同扣件纵向阻力工况下计算结果进行了对比．结果表明：扣件阻力明显影响钢轨及墩台附加力的变化，扣件阻力较小时，作用在墩台上及钢轨上的附加力变化较快，扣件阻力较大时，变化较慢；墩台刚度不同，则作用在墩台上及钢轨上各种附加力随扣件阻力的变化规律也有很大差别．     

桥上无缝线路附加力计算模型研究

有碴桥上无缝线路采用小阻力扣件,在梁轨相对约束的条件下,钢轨、轨枕及梁跨结构三者之间将产生较明显的相对位移,以往的计算模型没有考虑轨枕和钢轨相对位移的影响,与有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路工况存在较大偏差.为此,建立了一种能综合考虑钢轨、轨枕、梁体三者相互作用的有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路附加力计算力学模型,给出了算例,对不同扣件纵向阻力工况下计算结果进行了对比.结果表明:扣件阻力明显影响钢轨及墩台附加力的变化,扣件阻力较小时,作用在墩台上及钢轨上的附加力变化较快,扣件阻力较大时,变化较慢;墩台刚度不同,则作用在墩台上及钢轨上各种附加力随扣件阻力的变化规律也有很大差别.     

轨道结构与桥梁共同作用力学计算模型的研究

轨道结构与桥梁共同作用的力学计算模型是解决轨道纵向位移阻力与梁轨相对信移相互作用计算问题的关键。本文采用平面杆系建立轨道结构与桥梁共同作有的力学计算模型，将轨道结构、梁体、支座、墩台、基础作为整体来考虑。桥梁和轨道的联结采用性梁单元模拟，其材料弹性模量和屈服应力通过轨道纵向位移阻力与梁轨相对位移关系的双折线化确定；同时为考虑梁跨挠曲对无缝线路钢轨受力的影响，梁跨高度采用刚臂模拟。通过对梁轨相互作用模型结构的试验结果和《铁路无缝线路》（1995年修订版）一书中桥上无缝线路钢轨力的钢轨变形微分方程解计算算例作比较，证实这一力学计算模型的合理性。     

桥墩纵向水平线刚度对桥上无缝线路设计的影响

桥墩纵向水平线刚度是桥梁和无缝线路设计的关键技术参数,桥上无缝线路钢轨与墩台纵向力的分配以及梁、轨位移的大小很大程度上取决于桥墩纵向水平线刚度。结合工程实际,以客运专线常见的60 m 100 m 60m连续梁为例,分析桥墩纵向线刚度对钢轨、墩台纵向力及梁、轨位移的影响规律。     

线路纵向阻力形式对桥上无缝线路计算影响

为了研究线路纵向阻力形式对桥上无缝线路纵向力的影响,基于梁轨相互作用原理,采用有限元方法建立了线-桥-墩一体化计算模型,以多跨简支梁为例,分析了常阻力、双线性和幂指数型等不同形式的线路阻力对计算桥上无缝线路时的影响。计算结果表明:常量阻力下计算得到的钢轨伸缩力较双线性及幂指数型阻力要小,且随温度跨度的增加双线性和幂指数型计算结果越来越接近,而常量阻力与两者差别逐渐增大;计算钢轨制动力时,常量阻力计算结果要小得多,且梁轨相对位移较大,已超出我国检算标准;不同钢轨降温幅度下,双线性和幂指数型阻力计算的钢轨断缝值基本相同,但却远小于常量阻力,且钢轨降温幅度越大,差别越大。由此可知,应重视线路阻力形式的选取,尽量由实际测试数据进行拟合,使其能模拟真实的现场情况。     

广珠城际简支梁墩顶纵向水平线刚度限值研究

桥上无缝线路设计是跨区间无缝线路设计的重要组成部分,在桥上铺设无缝线路必须进行梁轨相互作用分析,并对桥梁和轨道结构进行检算。桥上无缝线路钢轨、墩台的纵向力及位移的分布很大程度上取决于桥梁墩台纵向水平线刚度。针对广珠城际铁路的活载类型、轨道结构类型等具体情况,根据桥墩纵向水平线刚度的控制条件,对常见跨度的简支梁桥墩纵向水平线刚度的限值进行了分析计算。     

桥墩温差荷载作用下桥上无缝线路钢轨附加力研究

根据梁轨相互作用原理,建立了"轨-梁-墩-体化"有限元模型,采用单位荷载法计算了桥墩温差荷载引起的墩顶纵向位移,计算了桥墩温差引起的桥上无缝线路钢轨附加力.桥墩高度对桥墩温差引起的钢轨附加力影响比较敏感,当桥墩较高时,桥墩温差引起的钢轨附加力不能忽略,建议在高墩桥上设计无缝线路时,应考虑桥墩温差引起的钢轨附加力,并与其他钢轨附加力进行荷载组合,检算钢轨强度和无缝线路稳定性.     

城市轨道交通桥梁列车制动力试验研究

为研究城市轨道交通桥梁列车制动力及其传递规律,在某新建高架标准跨槽形梁上进行列车制动试验,得到车体最大减速度、有效制动力及钢轨附加力。测试结果显示:钢轨制动附加力远小于高速铁路无缝线路桥梁,且上部结构采用槽形梁可显著减小挠曲附加力;最大轨面制动力率为0.13,有效制动力率为0.10,轨面制动力率按现行规范取0.15偏于安全。建立梁轨相互作用有限元模型,计算试验荷载下钢轨附加力,将测试值与理论计算值进行比较,二者吻合较好。计算结果表明:有效制动力率随墩顶纵向刚度增大而增大,对常用跨度简支梁,有效制动力率可从0.09～0.15范围内选取。     

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。     

城市轨道交通连续桩板结构上无缝线路纵向力分析

连续桩板结构与无缝线路间的梁轨相互作用规律复杂,为研究该结构上无缝线路的纵向力规律,以福州地铁6号线某一连续桩板结构过渡段为工程背景,运用梁轨相互作用原理,建立此过渡段梁轨相互作用有限元模型,进而分析该过渡段上无缝线路纵向力规律。研究结果表明:钢轨制动力受桥梁跨数,结构纵向刚度以及制动荷载位置的影响较大;简支梁桥上列车制动时,应以制挠力为分析指标;桩板结构上列车制动时,可以制动力为主要分析指标。桩板结构上钢轨伸缩力呈对称分布,且远大于简支梁桥上的钢轨伸缩力;增设变形缝能显著减小桩板结构上的钢轨伸缩力。对于长距离连续桩板结构,可在结构中点处设置钢轨伸缩调节器;钢轨断缝值受桩板结构温降影响显著,两者呈线性变化。     

门式连续刚构桥上无缝线路纵向力计算方法研究

广州市轨道交通21号线高架桥为多跨门式连续刚构桥,桥上铺设无缝线路,传统纵向力计算模型复杂。为满足实际工程需要,以梁轨相互作用原理为基础将计算模型简化处理,建立钢轨、扣件、桥梁及墩台一体化的等效计算模型。计算对比表明,简化模型计算所得伸缩力、制动力及断缝值与传统模型计算值基本吻合,两者差异在可接受的范围以内,既保证了计算的准确性,又提高了计算速度。     

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%。     

有砟轨道基础桥上无缝线路计算软件开发及应用

运用梁轨相互作用基本原理,在考虑钢轨、桥梁和墩台相互作用的基础上,建立了桥上无缝线路的线桥墩空间一体化计算模型,用于对桥上无缝线路伸缩附加力、挠曲力、制动附加力、断轨力、梁轨相对位移及墩台纵向受力和变形的计算分析.为计算方便,以有限元软件ANSYS为计算平台,利用ANSYS参数化设计语言进行二次开发,编制了有砟轨道基础桥上无缝线路通用计算软件,可用于各种桥上无缝线路的设计计算.     

整体桥上无缝线路钢轨非线性附加力算法研究

在计算桥上无缝线路的纵向阻力时,阻力模型通常采用无缝线路设计规范中建议的双折线纵向阻力模型,即有载与无载分别考虑后再线性叠加,未考虑钢轨的非线性行为。在计算方法上,工程中常采用有限元模型进行计算,有限元法建模效率较低、不便于对各设计参数的更改。为准确快速求得高速铁路整体式桥上梁轨相互作用下的钢轨附加力、钢轨位移、钢轨弹塑性分界点及整体桥墩顶位移等参数值的大小,提出更贴近于桥上钢轨实际受力的多折线纵向阻力模型,并采用建立微分方程组的数值解法,通过建立具有变化规律的平衡矩阵式来求解桥上无缝线路钢轨纵向阻力值的相关参数。研究分别给出了有载、无载工况下求解整体式桥上钢轨附加应力值的规律性矩阵式,经有限元法验证,得到该方法下的温度、制动力附加应力值的误差均较小,分别为1.6%和0.5%。并结合规律矩阵式得到同时考虑有载与无载下的非线性附加力的计算方法,非线性叠加与线性叠加两方法下的总附加应力计算差值随着制动/牵引力下的梁轨相对位移值的增大而增大,当梁轨相对位移小于1.8 mm时,2种方法误差少于5%,可忽略不计,但随着梁轨相对位移的进一步增加,非线性阻力模型计算的结果则更贴近于实际。     

上海地铁11号线(北段)无缝线路设计

结合上海城市轨道交通11号线建设的实际需要,通过研究城市交通轨道纵向力的传递机理,建立桥上无缝线路纵向力线桥墩一体化计算模型,进而进行无缝线路钢轨附加力计算,指导桥墩刚度优化设计;无缝线路设计主要包括:锁定轨温设计,钢轨伸缩调节器布置,轨条和扣件布置设计,以及进行钢轨强度和稳定性检算,断缝和防爬检算等内容。