中小跨度长联连续梁桥桥上无缝线路纵向力的研究

针对固定墩组和拉压连接器两种桥梁结构,分析计算长联连续梁桥无缝线路纵向力。根据桥梁、钢轨的相互作用关系,建立纵向力计算模型,应用该模型,分析比较了桥梁联长、桥墩刚度以及轮轨粘着系数对纵向力的影响。根据附加纵向力的大小以及长钢轨伸缩位移量,提出了长联连续梁的最大联长,在连续梁中间设置钢轨伸缩调节器时,固定墩组桥梁体系连续梁联长应小于500m～600m,拉压连接器桥梁体系连续梁联长应小于1000m～1200m。研究结果表明,桥上无缝线路长钢轨的附加纵向力与桥墩的刚度有关,刚度减小,长钢轨的附加纵向力增加,对桥上无缝线路的强度和稳定性不利,根据长钢轨附加制动力的大小,提出了不同联长的连续梁桥墩刚度的最小限值。     

考虑活动支座摩阻的大跨连续梁桥上梁轨相互作用研究

为探究活动支座摩阻对大跨连续梁桥上无缝线路梁-轨相互作用的影响,基于梁-轨相互作用及有限元理论,将活动支座摩阻等效为非线性弹簧,建立可考虑活动支座摩阻的连续梁桥上无缝线路空间耦合模型,对考虑活动支座摩阻前、后的钢轨及桥墩结构受力变形展开对比分析。结果表明,活动支座摩阻增强了连续梁与无缝线路的纵向约束,当活动支座摩阻率从0增大至0.06时,温度作用下,连续梁桥上钢轨纵向力及梁轨相对位移峰值分别减小了24.32%和29.89%,连续梁桥固定墩纵向力增加了2.44倍;制动荷载作用下,钢轨制动力、梁轨相对位移及连续梁桥固定墩纵向力分别减小了53.51%、56.94%和41.63%;断轨工况下,部分断轨力通过活动支座摩阻传递给非固定墩,连续梁桥固定墩纵向力减小了60.64%,钢轨断缝值减小了3.3%;活动支座摩阻对大跨连续梁桥上无缝线路及桥墩纵向力影响较大,建议在大跨连续梁桥上无缝线路及桥墩设计中考虑活动支座摩阻的影响。     

城际铁路4×40 m连续刚构桥与无缝线路相互作用研究

为探究多联连续刚构桥与无缝线路相互作用规律，研究梁轨相互作用，建立城际铁路4×40 m连续刚构桥与无缝线路有限元计算模型，分析不同体系刚度、桥墩沉降对钢轨纵向力、扣件垂向力、桥墩附加力的影响。研究结果表明：刚构桥体系刚度增加有利于无缝线路受力，随着体系纵向刚度的增加，无缝线路伸缩力与制动力均降低，制动力所受的影响更大，伸缩力所受影响不明显。温度工况下路桥过渡处桥墩受附加力最不利，其余联桥墩附加力基本相同；断轨工况下断轨所在两联桥墩受力最不利，桥墩附加力向远端逐渐衰减。钢轨与扣件受力随着桥墩沉降量的增加而线性增大，次边墩沉降引起的扣件拉力值更大，在运营过程中应重点关注。研究成果可为多联4×40 m连续刚构桥铺设无缝线路提供理论指导。     

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。     

考虑相邻钢轨影响的桥上无缝线路轨力计算方法

基于桥上无缝线路计算理论,针对桥上无缝线路断轨机理,考虑断轨时相邻非折断钢轨以及墩顶刚度的影响,推导了桥上无缝线路桥墩断轨附加力的解析计算方法,并与有限元解法进行了对比分析,分析表明理论解析计算方法是正确的,对桥上无缝线路断轨附加力的计算趋于合理,能够指导我国桥上无缝线路的设计.     

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。     

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。     

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。     

桥上纵连板式无砟轨道无缝线路力学性能分析

基于有限元法,考虑钢轨、无砟道床、滑动层、桥梁等结构的相互作用关系,建立桥上纵连板式无砟轨道无缝线路纵-横-垂向空间耦合模型,进行滑动层摩擦系数、扣件纵向阻力、无砟道床伸缩刚度等对桥上纵连板式无砟轨道无缝线路的受力和变形影响规律的研究.结果表明:滑动层减弱了桥梁、轨道间的相互作用,当滑动层摩擦系数为0.1～0.5时,无缝线路伸缩力仅为22.821～55.361 kN,远小于一般桥上无缝线路结构;滑动层摩擦系数越小越有利于轨道和桥梁结构的安全使用;底座板/轨道板的伸缩刚度减小会明显增大部分轨道和桥梁的受力,伸缩刚度折减至10％时,伸缩力会增大近6倍,因此应该注意控制底座板和轨道板的开裂现象;扣件的纵向阻力变化对轨道和桥梁结构的受力和变形几乎没有影响,但为了防止钢轨爬行或断缝值超限,扣件阻力不宜太小.     

桥墩纵向水平刚度对桥上无缝道岔的影响

为了进一步研究桥上无缝道岔,通过计算,分析桥墩纵向水平刚度在连续梁桥上对钢轨、道岔、墩台等结构部件受力及变形的影响。本文采用ANSYS软件建立桥上无缝道岔的岔—桥—墩纵向相互作用一体化模型,并进行力学分析。研究结果是:随着连续梁桥桥墩刚度的增大,基本轨伸缩附加力减小,连续梁桥墩的纵向力增大;增大连续梁桥墩纵向水平刚度对铺设于其上的无缝道岔的受力与变形是有利的。     

基于可控度指标的悬索结构传感器/作动器位置优化研究

提出一种大跨悬索结构振动主动控制中传感器/作动器位置优化方法。该方法从外部激励和作动力两个角度分析,以加权乘积形式将单位外激励响应、应变能和单位作动力响应三者结合,得到每一个候选单元总可控度指标,该指标最大值处即为传感器/作动器最佳配制位置。采用所提出理论对悬索结构振动主动控制传感器/作动器位置进行推导,并通过H∞闭环控制理论对所设计最佳位置和一般位置处进行控制仿真分析。结果表明:在单位外激励作用下,一般位置和最佳位置处进行主动控制所需时间分别为4.3s和1.8s,证明了本文位置优化理论的正确性。     

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。     

基于损伤理论的全长式锚杆荷载传递机理研究

根据损伤理论的基本原理,定义岩土体剪切损伤变量及其相应的损伤演化方程;依据岩土体在剪切应力作用下的损伤特性和锚杆在岩土体中的荷载传递机理,建立锚杆在岩土体损伤时的荷载传递微分方程并推导出锚杆轴力、剪切位移和侧摩阻力沿着锚杆长度分布的解析解,该理论解答综合考虑锚杆长度、锚杆直径和岩土体的损伤特性、剪切模量及压缩模量等因素的影响。然后利用数值分析的手段对锚杆的轴力和侧摩阻力与损伤变量、锚杆长度及锚固体直径之间的关系进行分析。最后利用一组有效的试验值与上述模型进行对比分析,显示该模型的合理性。     

基于LM神经网络模型的机车牵引力和制动力的计算

针对传统机车牵引力、制动力计算的不足,提出了基于LM(Levenberg-Marquardt)算法的前向多层神经网络模型方法,阐述了该神经网络的结构设计,利用LM算法使得在网络结构最小、训练步长最短的情况下实现精度最优.仿真与试验的结果表明,利用该神经网络模型能较好地计算机车的牵引力与制动力,其精确性、快速性和抗干扰性都优于其他计算方法.     

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。     

地铁转向架制动载荷识别与分布特征研究

轨道交通车辆在城市的应用越来越多,且制动频次相对较高,制动载荷识别与分布研究至关重要。借助有限元分析,确定了信噪比较高的载荷识别测点并获得测点的应力动态响应特性。通过对应力响应测试数据进行频谱分析,确定了合适的载荷识别方法。用"雨流计数法"编制了线路实测制动载荷谱,得到了制动载荷谱的威布尔概率密度曲线,为今后转向架构架的设计分析提供载荷依据。     

高速列车运行安全性与桥梁防撞墙受力分析

根据列车脱轨能量随机分析理论,实现高速铁路无砟轨道桥梁上的高速列车脱轨全过程分析,计算高速列车抗脱轨安全系数。在不考虑列车纵向冲击,仅考虑列车脱轨摇摆力作用下,推导出高速铁路桥梁防撞墙受力计算公式。结果表明:高速列车在设计车速下的抗脱轨安全系数为2.0以上,脱轨摇摆力为630kN,防撞墙所受到的撞击力为33 002.4kN。鉴于高速铁路无砟轨道桥梁上的高速列车运行安全性完全有保障,且即使有意外情况发生,防撞墙亦无法防止列车脱轨后冲出桥面,因此,建议取消防撞墙。     

有限元法在载荷识别中的应用

用材料力学方法和准静态法,对大秦线2万t重载列车用转K6转向架交叉杆所受的动态载荷进行了识别,并分别编制了轴力谱、横向力谱和垂向力谱,进行了两种方法的载荷极值比较和误差分析。     

高速铁路多联大跨连续梁桥上无缝线路纵向附加力规律研究

高速铁路多联大跨连续梁日益增多,而该情况下桥上无缝线路设计经验较少,探讨桥上无缝线路纵向附加力变化规律,对桥梁墩台及桥上无缝线路设计具有重要意义。建立了钢轨-扣件阻力-梁体-墩台一体化空间非线形有限元梁轨相互作用模型,并利用Ansys分析软件进行求解,计算分析了不同扣件阻力及不同桥跨布置工况下桥上无缝线路纵向附加力,并总结出纵向附加力变化规律,对多联大跨连续梁桥上无缝线路及桥墩设计有直接指导作用。     

客运专线无砟无缝道岔温度力与变形研究

研究目的:分析无砟轨道基础上无缝道岔的纵向力传递机理,建立无砟无缝道岔计算模型,采用有限单元法计算了无砟无缝道岔受力及变形,并与有砟轨道无缝道岔进行了对比分析,为无砟无缝道岔设计提供参考依据。研究结果:无砟轨道基础上无缝道岔的纵向力传递机理、温度力和位移分布规律与有砟轨道无缝道岔明显不同。