重载铁路无砟轨道单侧梁端转角限值研究

研究目的:桥梁梁端转角将使无砟轨道扣件系统产生附加的上拔力或下压力,从而导致扣件系统失效,因此必须限制桥梁的梁端转角。为研究重载铁路桥梁单侧梁端转角限值,本文建立重载铁路梁端扣件系统受力分析有限元模型,研究梁端转角、梁缝处扣件间距、胶垫刚度、梁端悬出长度对梁端扣件受力的影响,并从限制扣件上拔力不超过弹条扣压力的角度提出不同胶垫刚度、不同悬出长度下的单侧梁端转角限值。研究结论:(1)梁缝处扣件间距对扣件系统受力影响较小,而胶垫刚度和梁端悬出长度对扣件系统受力影响较大;(2)扣件系统胶垫刚度越大、悬出长度越大,梁端转角限值越小;(3)桥梁梁端顺时针转角限值小于逆时针转角限值;(4)具体的梁端转角限值应根据扣件的设计参数确定,并进行检算;(5)本研究结论可为重载铁路无砟轨道结构及桥梁的设计提供参考。     

梁端无砟轨道扣件力学行为室内试验研究和数值仿真分析

制定梁端变形限值应考虑梁端无砟轨道静力强度和梁缝过渡段列车运行安全性、平稳性。运用室内模型试验和数值仿真分析,研究梁端转角、错台等变形对梁端扣件、轨道板稳定性的影响规律。数值仿真分析中扣件弹簧单元参数选取实测扣件刚度曲线。室内试验和仿真计算结果表明:仿真计算结果与室内试验实测结果基本吻合,有限元仿真计算可推广应用至实际应用中;梁端转角、错台变形引起的扣件附加力分布在梁缝两侧4个扣件内;梁端变形幅值和梁端伸出长度是影响梁端轨道结构强度的主要因素;随着转角、错台的增加,扣件附加力逐渐增加,且基本呈线性增长趋势;在转角工况下,梁端伸出长度越大,引起的扣件附加力越大;在错台工况下,梁端伸出长度对扣件附加力影响甚微;CRTSⅠ型板式无砟轨道在错台1.0mm情况下,产生最大上拔力和下压力,因此对于梁端CRTSⅠ型无砟轨道结构静力强度,错台1.0mm可作为设计限值条件。     

广珠城际轨道交通梁端轨道结构受力变形分析

广珠城际轨道交通是我国第一条设计时速200km的城际铁路,全线基本以桥梁为主,桥上采用CRTSI型板式无砟轨道,因梁端转角及位移的存在,梁端轨道结构受力及变形均发生变化。通过梁端轨道结构受力变形分析,研究广珠城际梁端转角与梁端轨道结构的适应性,通过建立梁端位移与无砟轨道结构受力和变形相互影响的计算模型,对广珠城际梁端无砟轨道结构进行受力检算,对扣件系统进行受力分析,找出梁端转角对轨道结构形式的影响,为类似项目的设计提供经验。     

广珠城际轨道交通梁端轨道结构受力变形分析

广珠城际轨道交通是我国第一条设计时速200 km的城际铁路,全线基本以桥梁为主,桥上采用CRTS Ⅰ型板式无砟轨道,因梁端转角及位移的存在,梁端轨道结构受力及变形均发生变化,通过梁端轨道结构受力变形分析,研究广珠城际梁端转角与梁端轨道结构的适应性,通过建立梁端位移与无砟轨道结构受力和变形相互影响的计算模型,对广珠城际梁端无砟轨道结构进行受力检算,对扣件系统进行受力分析,找出梁端转角对轨道结构形式的影响,为类似工程设计提供经验.     

减小梁端轨道结构受力措施研究

研究目的:武广客运专线汀泗河特大桥等几座特殊结构的桥梁存在梁缝过大以及梁端悬臂长度过长的问题,桥梁梁端产生变形时,会造成无砟轨道扣件系统上拔力超过扣压力,影响旅客舒适度,严重时也将对行车安全构成威胁。通过研究,提出可行的设计方案,解决梁端轨道结构受力存在的问题。研究结论:通过在桥梁端部梁缝处引入过渡板的结构措施,建立了梁端过渡板结构的模型,分析了梁端转角和梁缝两侧桥梁竖向相对位移工况下有过渡板和无过渡板时轨道结构受力的区别,结果表明,过渡板能够减小扣件系统的最大压力、最大拉力和钢轨附加弯矩20%～80%,可以通过在端部设置过渡板的结构措施减小轨道结构的受力,保证无砟轨道系统正常工作。     

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。     

无砟轨道桥梁梁端变形对扣件影响的模型试验研究和数值分析

以室内模型试验为主要研究手段,研究梁端转角、错台等变形对梁端扣件、轨道板稳定性的影响,寻求变形量值与扣件附加力幅值的主要影响因素及规律。同时,采用通用有限元程序ANSYS建立模型试验有限元模型,以实测扣件刚度曲线作为扣件弹簧单元输入参数,计算室内模型试验各种试验工况。结果表明:仿真计算结果与室内试验实测结果基本吻合,有限元仿真计算可推广应用至实际应用中;梁端转角、错台变形引起的扣件附加力分布在梁缝两侧4个扣件内;梁端变形幅值和梁端伸出长度是影响梁端轨道结构强度的主要因素。     

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.     

大跨度钢桁梁梁端转角超限轨道处置方案研究

针对大跨度钢桁梁梁端转角不满足无砟轨道铺设需求，且既有过渡板方案在工程应用中存在支座调平困难、运营维护工作量大的问题，以一座跨度168m简支钢桁梁为例，基于有限元分析方法结合对既有工程实践的调研与分析，对轨道工程处置方案进行研究。结果表明：梁端转角及悬出长度超限会引起梁缝处桥台一侧第1对扣件的上拔力超过其限值标准，应采取工程措施予以解决；大扣压力扣件方案具有结构简单、便于施工与运营维护等突出优点，在经检算采用大扣压力扣件可以满足解决梁端转角超限问题的前提下应优先采用，但为确保结构的可靠性，应结合扣件系统试验测试及实尺模型试验对工程实践进行验证。     

大跨度公轨两用斜拉桥梁端轨道结构适应性研究

为研究大跨度桥梁端无砟轨道结构的适应性问题,以一座大跨度公轨两用斜拉桥为例,针对其大转角、大梁缝及长悬臂的特点,提出梁端采用过渡板与梯形轨枕两种特殊轨道结构措施,探讨不同措施对扣件受力的影响。结果表明,过渡板支座若按常规方法置于桥梁支座上方,则难以在梁端大转角情况下将扣件上拔力控制在安全范围内,合理调整过渡板支座往桥梁支座内侧延伸长度,可增强其对梁端大转角的适应性;梯形轨枕纵梁两端是否设减振垫以及至桥梁梁端距离大小对扣件受力有较大影响,参考研究结果选择适当布置方式,可使梯形轨枕对大转角、大梁缝及长悬臂桥梁具有良好适应性。     

荷麻溪大桥主桥方案设计

荷麻溪大桥是广东省江门至珠海高速公路上的一座特大桥梁,主桥为双塔单索面部分斜拉桥,主桥孔跨布置为(125+230+125)m。介绍荷麻溪大桥主桥的方案比选及所选方案的主要结构设计。     

铁路梁桥改扩建框架桥设计方案浅析

因地制宜地制定完整、科学、合理的设计方案是铁路梁桥改扩建为框架桥顺利实施的先决条件,结合泉州市南北大道立交桥工程实例,对在保证铁路行车安全的条件下,利用既有桥墩作24 m施工便梁加固线路,拆除既有桥,完成新桥体顶进的设计方案进行分析、探讨。     

牛角坪双线特大桥桥式方案研究

研究目的：结合线路、地形、地质情况,对牛角坪大桥提出较为合理的桥式方案。研究方法：通过对不同桥式方案的静动力特性研究,结合投资分析,提出较为合理的桥式方案。研究结果：进行了主跨256m钢桁拱,主跨256m钢管混凝土拱,主跨（110＋192＋110）m预应力混凝土连续刚构,主跨（144＋192＋144）m下承式连续钢桁梁研究。研究结论：大跨铁路桥梁,采用轻型梁部结构的上承式拱桥方案,动力特性较易满足。高墩大跨铁路梁式桥,采用轻型的梁部结构,动力特性相对较好;采用混凝土梁部结构,经济上较省。     

霁虹桥旧桥改造方案的设计构思

为适应城市交通的发展需要,霁虹桥需进行重新修建并恢复老桥原貌。结合旧桥拆除与新桥重建,主要介绍旧桥拆除与新桥重建的设计构思及方案实施。     

杭州湾大桥北航道桥结构优化研究

应用三维空间有限元模型,进行斜拉桥结构优化设计。利用有限元法进行结构分析,求出优化所需的状态变量,挠度、应力和频率。综合考虑设计变量、状态变量和目标函数的联系,应用混合罚函数建立优化模型。运用一阶优化计算方法和引入灵敏度分析进行算法优化,使结构在应力、变形和频率等约束条件下达到最小造价。以通用有限元软件ANSYS作为平台,编制相应程序,综合考虑斜拉桥结构静力性能和动力性能,用两种不同方案对杭州湾大桥北航道桥主桥进行结构优化设计,使全桥造价分别降低9 1%和5 5%。     

广佛江珠城际铁路西江特大桥主桥方案研究

西江特大桥是广佛江珠城际铁路的重要桥梁,为取得主桥合理的桥式方案,遵循"安全、实用、经济、美观"的设计原则,按照单向通航和双向通航的净空要求,采用钢桁拱桥、钢桁斜拉桥及矮塔斜拉桥,对4种桥型设计方案进行对比分析计算,综合考虑施工难度、景观效果、通航条件及工程造价等因素,最终得出双孔252 m钢桁拱桥为推荐方案。     

基于移动荷载过桥的轨道交通桥梁振动研究

应用振型分解法,对移动荷载通过轨道交通桥梁时的动力响应进行理论分析,得出轨道交通车辆过桥时共振和振动相消的公式。当桥梁第一阶竖向自振频率等于车辆速度与车辆长度之比时,会发生共振。为避免桥梁共振,设计时应满足第一阶竖向自振频率大于车辆最大速度与车辆长度的比值。当桥梁第一阶竖向自振频率等于车辆速度与两倍桥梁跨长之比的奇数倍时,轴重在桥上引起的自由振动和轴重离开桥梁后桥梁的自由振动相互抵消,桥梁振动最小。     

中俄同江铁路桥钢桁梁桥面系结构形式研究

研究目的:通常情况下,钢桁梁长度超过80 m时,桥面系应设置纵梁断缝,以减小桥面系参与结构主体的共同受力作用。同江黑龙江铁路特大桥中108 m钢桁梁桥面系采用纵横梁栓接先张法预应力混凝土套轨道床板的轻型桥面结构。为适应套轨道床板布置、提高轨道的平顺性及减少桥梁结构养护维修工作量,通过建立有限元模型进行对比分析,研究在该桥钢桁梁桥面系中设置连续纵梁的可行性。研究结论:(1)采用连续纵梁时,桥面系参与钢梁整体受力的作用增强,可缓解主桁特别是下弦杆的受力状态;(2)纵梁的轴拉力明显增加,从而引起横梁特别是端横梁的面外弯矩增大,水平挠度增大;(3)端节间撑架的设置,引起纵梁轴拉力小幅增加,但却大幅度减小横梁的面外弯矩及水平挠度,纵梁截面需适当增大,以适应其自身强度的需要;(4)按中、俄两国规范检算的结果表明,桥面系杆件受力满足两国规范要求,在本工程中设置连续纵梁可行;(5)本研究成果对桥面系设置连续纵梁的钢桁梁桥的设计具有一定的参考意义。     

芜湖长江大桥裕溪河桥车桥耦合振动分析

采用空间杆系有限元方法,建立芜湖长江大桥裕溪河2×80 m连续钢桁梁桥的动力分析模型。计算得到其横向基频为2.097 Hz,与实测值1.95 Hz吻合良好,且满足现行《铁路桥梁检定规范》相应限值1.125Hz的要求。运用车桥空间耦合振动理论对该桥在实际运营列车作用下的车桥动力响应进行计算与分析,结果表明,在空载及空重混编货物列车以速度50~80 km.h-1通过时,桥梁的横向振幅达到4.5~8.1 mm,与实测值4.6~8.4 mm吻合良好,但超出《铁路桥梁检定规范》的限值,而脱轨系数小于0.8,轮重减载率小于0.6;当通过速度在70 km.h-1以下时,机车车辆平稳性达到“良”或“合格”。因此,该桥能够满足空载及空重混编货物列车以70 km.h-1及以下速度通过。     

钱江四桥主跨车桥耦合振动分析

钱江四桥是一座结构非常复杂的组合跨径双层钢管混凝土系杆拱拱桥。规划中的杭州地铁1号线从该桥下层通过。为确保成桥后轨道交通运行的安全性与乘坐舒适性，对该桥主跨进行了车桥耦合振动分析。采用数值方法模拟了脉动风速场及轨道不平顺。桥梁结构采用有限元模型，机车车辆被简化为车体、转向架和轮对并包含阻尼器及弹簧的两个悬挂系统的体系，每节车辆共有31个自由度。根据车桥耦合关系，并考虑桥上轨道不平顺以及侧向自然风的影响，分别计算了40km/h及80km/h车速下车辆和桥梁的响应。分析结果表明，在车速为80km/h、风速高达20m／s的情况下车辆运行的安全性和舒适性均能满足要求。