多线预应力混凝土斜拉桥上无缝线路纵向受力与变形

为探讨大跨度斜拉桥上无缝线路纵向受力与变形规律,以一座多线预应力混凝土斜拉桥为例,采用有限元法建立了"塔-索-梁-轨"空间耦合有限元模型,分析了温度荷载、列车荷载以及制动荷载对桥上无缝线路纵向受力与变形的影响。结果表明:当桥塔温度变化时,钢轨伸缩力、钢轨纵向位移和桥梁的纵向位移均无明显变化,钢轨伸缩力最大幅值出现在连续梁两部,并在简支梁梁缝处出现峰值;在列车荷载作用下,各条线路的钢轨挠曲力和钢轨纵向位移随着距加载线路距离的增大而逐渐减小,钢轨挠曲力最大幅值出现在连续梁端部;在制动荷载作用下,钢轨制动力最大幅值出现在连续梁端部,并在加载的起点与终点出现峰值突变,加载的起点或终点与连续梁端部重合时为最不利位置。研究结果可为大跨度斜拉桥上无缝线路设计提供理论参考。     

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。     

大跨斜拉桥上无缝线路纵向力的变化规律研究

研究目的:大跨度斜拉桥结构复杂,为"塔-索-梁"空间组合结构,铺设无缝线路后,在荷载作用下,会形成"塔-索-梁-轨"耦合作用体系,其无缝线路力学传递机理极为复杂。以安庆长江大桥为例,通过建立大跨度钢桁梁斜拉桥上无缝线路"塔-索-梁-轨"空间耦合计算模型,分析不同体系温差、斜拉索修正弹性模量、纵向阻力模型及小阻力扣件的影响,为大跨度斜拉桥上无缝线路设计提供理论依据。研究结论:研究结果表明,随着斜拉桥体系温差变化幅度增大,钢轨伸缩附加力明显增加;斜拉索弹性模量修正与否对伸缩力和制动力影响较小,而对挠曲力影响较大;采用不同纵向阻力模型,伸缩力计算结果相差不大,挠曲力和制动力计算结果有较大差别;采用小阻力扣件可降低无缝线路纵向附加力,且应结合工程造价优先考虑在斜拉桥边跨和两侧引桥上铺设小阻力扣件方案。     

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。     

大跨度混合梁斜拉桥-轨道系统受力特性

研究目的:考虑结构刚度-质量不平顺、热膨胀系数、导热率等差异,为研究大跨度混合梁斜拉桥与轨道系统的非线性互制作用,基于梁轨相互作用原理,采用带刚臂的梁单元模拟梁体,用非线性杆单元模拟梁轨接触,并与UIC算例对比以验证其正确性。以(2×57. 5+172. 5+600+4×57. 5) m跨西江混合梁斜拉桥为例,建立考虑桥塔、拉索、主梁、轨道以及相邻桥跨的高速铁路大跨度混合梁斜拉桥梁轨相互作用模型,分析温度、活载、列车制动以及地震作用下斜拉桥上无缝线路纵向力的分布特征,并对关键设计参数的影响进行探讨。研究结论:(1)在斜拉桥两端设置钢轨伸缩调节器可大幅降低梁端处钢轨温度应力峰值,钢轨温度应力主要由温升幅度较高的钢箱梁段控制;(2)竖向活载和列车制动作用下桥塔均承受着较大的水平力;(3)地震作用下,斜拉桥跨中钢轨也承受着较大的应力,梁段质量分布情况对钢轨应力和位移具有较大的影响;(4)塔梁相接处设置的黏滞阻尼器可有效减少列车制动和地震过程中桥塔承受的纵向力;(5)本研究成果对大跨度混合梁斜拉桥关键结构设计优化具有参考价值。     

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。     

大跨斜拉桥上无缝线路伸缩力影响因素分析

研究目的:大跨度斜拉桥结构复杂,为"塔-索-梁"空间组合结构,在荷载作用下,其无缝线路梁轨相互作用极为复杂。本文以一座铁路常用双塔钢桁斜拉桥为例,基于梁轨相互作用原理,建立斜拉桥上无缝线路纵向力计算模型,分析主塔墩温差、斜拉索温差、主塔墩刚度、主梁刚度及结构支撑体系对钢轨伸缩力的影响,为大跨度斜拉桥上无缝线路设计提供理论依据。研究结论:(1)随着主塔墩温差增大,钢轨伸缩力减小,主塔墩温差越大,主梁主跨竖向位移就越大;(2)随着斜拉索温差增大,钢轨伸缩力增大较小,但主梁主跨竖向位移急剧减小;(3)主塔墩刚度变化对钢轨伸缩力影响较小;(4)采用漂浮体系时,钢轨伸缩力与半漂浮体系几乎一致,采用塔梁固定支撑和塔梁固结体系时,主梁左端梁缝处的伸缩力减小,但主梁右端梁缝处的钢轨伸缩力反而增大,因此在铁路大跨斜拉桥设计中建议不采用这两种支撑体系;(5)该研究成果可指导大跨度斜拉桥无缝线路设计。     

高速铁路桥上无缝线路纵向附加力研究

采用实体单元模拟桥梁及桥梁墩台、空间梁单元模拟钢轨、弹簧单元模拟桥梁与墩台及轨道之间的连接,建立梁—轨纵向相互作用三维有限元空间力学模型。以丰沙线永定河单线铁路桥梁、秦沈线沙河双线铁路桥梁对其进行计算验证。以秦沈客运专线32 m多跨双线整孔简支箱型梁桥为例进行纵向力分析,研究结果表明:列车在桥上双线对开,钢轨挠曲附加力有明显增大;列车在桥上单线制动,四根钢轨的制动附加力有较大的差别;列车在桥上双线对向制动,相比单线制动,钢轨制动附加力有一定程度增大,但增大得并不多。     

列车制动和运行下大跨度公铁两用斜拉桥纵向振动分析

列车运行作用下斜拉桥不仅发生竖向振动,也发生纵向振动;当列车在斜拉桥上制动时,作用于结构上的制动力使其发生纵向振动。以公铁两用斜拉桥为研究背景,根据相关文献计算公式获得列车制动力,分析列车制动作用下斜拉桥动力响应;采用移动荷载模拟列车运行作用,研究列车运行作用下结构动力响应;利用非线性动力时程分析方法,对黏滞阻尼器参数进行敏感性分析,探讨塔梁间设置黏滞阻尼器对列车制动和运行作用下结构动力响应的影响,并与未设置黏滞阻尼器的情况进行比较。结果表明,当斜拉桥塔梁间无纵向连接时,结构响应受列车运行速度影响较大,斜拉桥可能发生纵向共振,结构响应显著增大;塔梁间设置黏滞阻尼器能有效控制列车制动和运行作用下斜拉桥纵向振动响应。     

改善桥上无缝线路梁轨相互作用方法的研究

通过有限元软件对RSB传力杆、纵向连接器和小阻力扣件在改善梁轨相互作用方面进行分析,并对不同工况下钢轨伸缩附加力及伸缩位移、挠曲附加力及挠曲位移、制动附加力及制动位移、断轨力进行对比分析,得出RSB传力杆和纵向连接器在减小钢轨附加力作用方面没有小阻力扣件明显,但在制动力作用下可以明显减小梁轨相对位移,并且在断轨力作用下,可以明显减小断缝值,有利于行车安全等结论。建议采用RSB传力杆和纵向连接器时要进行充分的技术论证,尽量减小维修周期与费用。     

混合梁斜拉桥钢轨扣件和伸缩调节器合理布置

以某货运专线大跨度箱型主梁混合梁斜拉桥建设为工程背景,建立了桥上长钢轨与桥梁结构系统纵向相互作用空间分析模型,系统计算分析了桥上钢轨扣件型式和伸缩调节器布置对轨-桥系统纵向相互作用的影响,提出了钢轨扣件和伸缩调节器合理布置方案。研究结果表明,桥上铺设小阻力扣件可使钢轨制动力幅值略有减小,伸缩附加力最大值明显减小,挠曲力幅值有所减小,在主桥两端设置钢轨伸缩调节器对降低轨-桥系统纵向相互作用力效果最佳。     

连续刚构梁桥上无缝线路温度跨度研究

温度跨度对桥上无缝线路钢轨伸缩附加力影响很大,是设置钢轨伸缩调节器的关键因素之一。基于连续刚构梁桥墩纵向水平刚度以及两侧简支梁支座布置对桥上无缝线路受力变形的影响,采用理论分析和ANSYS有限元软件研究了连续刚构梁桥上无缝线路温度跨度。结论表明刚构墩刚度越大,温度力作用下钢轨伸缩附加力越小,桥梁变形越小,但影响很小;制动力作用下,梁轨快速相对位移和钢轨制动附加力越小,但影响较大。分析时一般可将连续刚构梁桥简化为仅有一个固定支座且位于其几何中点处的连续梁,温度跨度即为该点到相邻一跨(联)桥上固定支座之间的距离,分析计算精度可满足桥上无缝线路设计检算的需要。研究结果对我国大跨度连续刚构桥桥上无缝线路的建设有着重要的指导作用。     

32 m简支梁顶梁作业对有砟轨道无缝线路状态的影响

以32 m简支梁为研究对象，测试两端支座顶升、单边支座顶升、单墩支座顶升三种工况下的钢轨应变，计算分析顶升过程中钢轨纵向附加力和落梁后钢轨锁定轨温的变化规律；应用有限元软件建立桥上无缝线路梁轨相互作用模型，采用双线性阻力模型计算三种顶升工况下的钢轨附加力，并与现场测试结果进行对比。结果表明：落梁后钢轨内部存在残余附加力，引起钢轨锁定轨温改变，最大改变量为0.36℃，小于规范规定的5℃限值，不需要进行应力放散；三种顶升工况下，顶梁作业对钢轨纵向附加力影响范围均在顶升桥梁的相邻一跨简支梁以内，且产生的钢轨纵向附加力峰值均位于顶升位置和梁端位置；两端支座顶升方案对无缝线路影响最小，建议桥梁支座更换施工时采用该方案。     

简支梁桥上有轨电车嵌入式轨道纵向力分析

研究目的:因桥上无缝线路梁轨相互作用较为复杂,桥梁和轨道结构的受力与变形特性成为国内外学者的热点研究问题。为研究温度荷载、列车荷载和制动荷载作用下轨道结构的受力与变形规律及影响因素,根据嵌入式轨道的特点,本文通过建立嵌入式轨道桥上无缝线路有限元模型,计算伸缩力、挠曲力和制动力三种工况下轨道结构的受力与变形情况,并分析梁体温差、高分子材料纵向阻力和墩台纵向刚度对伸缩力的影响。研究结论:(1)嵌入式轨道的线路纵向阻力和垂向刚度均为线性变化,且轨板相对位移限值为6.2 mm;(2)轨道结构的受力和变形均随着梁体温差的增加而线性增加,允许梁体温差为38℃;随着线路纵向阻力的增加,钢轨纵向位移和伸缩力逐渐增大,而轨板相对位移则逐渐减小;桥梁墩台纵向刚度对轨道结构的受力和变形影响较小;(3)在挠曲力和制动力工况下,轨板相对位移和钢轨附加力均较小,故在设计时应重点关注伸缩力工况;(4)当梁体温差和轨温变化幅度为30℃时,钢轨强度和轨板相对位移均满足要求,因此在32 m简支梁上铺设有轨电车嵌入式轨道无缝线路是可行的;(5)本研究成果对桥上有轨电车嵌入式轨道设计具有参考价值。     

(48+80+48)m连续梁桥与轨道系统地震响应规律研究

为研究高速铁路连续梁桥-轨道系统地震响应规律,采用非线性弹簧模拟线路纵向阻力,建立考虑轨道及下部结构的(48+80+48)m连续梁桥-轨道系统仿真模型,分析温度、活载和制动作用下桥上无缝线路梁轨相互作用纵向力分布规律,在此基础上,研究地震作用下连续梁桥-轨道系统动力响应特性。研究表明:温度、活载及列车制动作用下梁轨相对位移、钢轨应力等均在桥台附近取得极大值,地震频谱特性对梁轨系统动力响应有很大的影响。     

斜拉桥上无缝线路纵向相互作用理论及试验研究

运用梁轨纵向相互作用机理,建立斜拉桥上无缝线路纵向力计算模型,以一座铁路常用双塔钢桁斜拉桥为例,对斜拉桥上无缝线路纵向相互作用规律进行理论和试验研究。分析结果表明:在主桥左右两端各铺设一组单向伸缩调节器,主桥上钢轨纵向力可得到有效的控制,现场试验测试的桥面纵向位移及钢轨伸缩力分布规律与理论计算基本相同,所建立模型可用于斜拉桥上无缝线路纵向相互作用分析;钢轨挠曲力计算时,可在斜拉桥主跨及其邻跨上布置荷载,且不必考虑列车入桥方向的变化;钢轨伸缩调节器可有效减弱列车制动荷载下的梁轨相互约束作用,减小线路受力变形。     

铁路桥梁在列车纵向制动作用下的动力反应分析

以列车制动原理为基础，获取列车制动力时程曲线，施加于实桥上，利用动力非线性有限元方法进行动态计算，获取整个桥跨上钢轨力响应的包络图及桥墩剪力的时程响应曲线，分析各种因素对桥梁纵向力反应的影响。     

轮轨高频瞬态冲击下钢轨螺栓孔棱边受力分析

为研究螺栓孔在轮轨接触应力场作用下的棱边应力分布规律及受力特性，建立带有螺栓孔的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型，研究列车牵引、制动及钢轨擦伤所致高频激励下车轮动载对螺栓孔棱边应力峰值及分布规律的影响。结果表明：擦伤位置是影响螺栓孔棱边受力特性及应力分布规律的关键因素；轨面擦伤可激发高频附加动力冲击作用，螺栓孔斜向棱边Mises应力峰值随运营速度的提升而显著增加，轨面擦伤使斜向棱边方向螺栓孔应力集中效应显著加剧；列车牵引状态加剧了螺栓孔45°、225°方向棱边应力集中效应，而制动状态加剧了螺栓孔135°和315°方向棱边应力集中效应。     

重载列车轮轨动力作用分析

本文运用有限元法，建立了重载列车轮轨动力作用分析模型，该模型考虑了钢轨初始不平顺引起的轨道结构竖向振动及由牵引力和制动力引力的轨道结构纵向振动。在模拟列车制动力作用时，文章考虑了列车初始制度速度，制动距离及闸瓦制动波速对轨道结构的影响，运用这一模型，作者对京沪线５０００ｔ重载列车对轨道结构的影响，特别是牵引力和制动力对纵向力的影响进行了模拟，取得了满意的结果。     

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。