地震作用对有砟轨道桥上无缝道岔纵向受力与变形影响分析

桥上无缝道岔是在高速铁路、艰险山区铁路上铺设跨区间无缝线路不可避免的技术难题,同时跨越震区时,道岔结构自身处于双层薄弱环节之中。根据地震作用下有砟轨道桥上无缝道岔梁轨相互作用原理,建立地震作用下岔-桥-墩动力非线性有限元模型,分析地震波频谱特性、地震动加速度峰值、岔区阻力、梁体温差等因素下的有砟轨道桥上无缝道岔地震作用响应规律。研究结果表明:无缝道岔约束作用较大提高了桥梁结构的低阶自振频率,而且改变了其振动形态;地震波频谱特性和加速度峰值大小对桥上无缝道岔响应影响显著,地震荷载波频越靠近结构主频,加速度峰值越大,桥上无缝道岔受力和变形越大;在钢轨温变较高,又同时考虑地震荷载效应时,钢轨强度和线路稳定性均得不到保障,建议对跨越震区的桥上无缝道岔设计时检算地震荷载与钢轨、梁体温变共同作用时的钢轨纵向力以及道岔联结件受力、关键位置相对位移等。     

应用车辆-道岔-桥梁耦合动力学分析道岔-桥梁合理相对位置

为确定道岔、桥梁的合理相对位置,深入研究快速及高速行车条件下车辆-道岔-桥梁的动态相互作用,将车辆、道岔区轨道和桥梁作为一个整体,建立车辆-道岔-桥梁耦合系统动力分析模型,用数值模拟的方法计算分析高速行车条件下道岔区轨道、车辆与连续桥梁结构的动力特性及行车安全性和舒适性。以车速350 km/h通过18号国产道岔,岔桥相对位置为尖轨尖端分别位于桥跨1/4、跨中、3/4跨及墩上,通过计算出的尖轨和心轨开口量、尖轨和心轨动应力、车体振动加速度、减载率、脱轨系数、舒适性、桥梁振幅、振动加速度和梁端转角等动力响应,确定在车辆-道岔-桥梁耦合动力条件下4×32 m连续梁桥的合理岔桥相对位置。计算结果表明,18号国产道岔铺设于4×32 m连续梁桥上时,道岔尖轨尖端位于1/4跨时综合动力效果较佳。     

桥上无缝道岔纵向力计算理论与试验研究

根据桥上无缝道岔受力和变形特点,建立道岔-桥梁-墩台一体化计算模型,并利用有限元法对模型求解。以浙赣线湄池1号大桥为例,分析桥上无缝道岔的受力与变形的特性,测试桥上无缝道岔的温度力和位移。试验结果表明,理论计算结果和实测数据相吻合。理论分析和实验研究表明:所建立的道岔-桥梁-墩台一体化模型用于计算桥上无缝道岔纵向力和位移是合理可行的;桥上无缝道岔与桥上无缝线路的受力和变形差别很大,在计算桥上无缝道岔时应考虑实际的钢轨温度变化幅度、道岔布置方式和岔、桥相对位置。在道岔布置密集的区域,如车站咽喉区,道岔间的相互影响较大,为准确计算道岔及桥梁的受力和位移,应建立包括所有道岔和桥梁的整体模型。     

简支梁桥上无缝道岔温度力与位移影响因素分析

将道岔、梁和墩台视为一个系统,建立简支梁桥上无缝道岔的有限元模型。根据变分原理和“对号入座”法则建立有限元方程组。以铺设一组43号道岔的18跨32 m混凝土简支梁桥为例,研究影响简支梁桥上无缝道岔受力与位移的因素,如支座布置形式、轨温变化幅度、梁温差、扣件阻力、道床阻力、限位器间隙、岔枕刚度、限位器位置、梁跨长度和桥墩刚度等。计算结果表明,简支梁桥上无缝道岔在温度荷载作用下,钢轨温度力在限位器处和限位器前梁端处同时出现两个峰值;与桥上无缝线路相比,桥上无缝道岔桥墩处的最大受力显著增大;当梁与导轨同向伸缩时,岔区内钢轨位移较大;限位器应布置在梁跨中部;限位器间隙对桥上无缝道岔的受力与位移有双重影响;岔区内钢轨的受力与位移随桥墩刚度增大而减小;岔区内采用较大的扣件阻力和道床阻力,岔区外采用较小的扣件阻力和道床阻力,可以降低钢轨附加温度力。     

客运专线桥上无缝道岔设计方法研究

桥上无缝道岔设计已经成为客运专线建设的关键技术之一。目前国内桥上无缝道岔研究刚刚起步，尚未形成系统计算理论和设计方法。引进技术和自主创新相结合，在消化吸收国外先进设计理念的基础上，初步建立了桥上无缝道岔设计方法和设计体系，为桥上无缝道岔设计提供依据。建立了“岔-梁-墩一体化”计算模型能够真实反应道岔和桥梁的相互作用，桥上无缝道岔设计方法具有很强的可操作性，研究成果对于我国客运专线桥上无缝道岔设计和施工有重要指导意义。     

客运专线桥上无缝道岔的设计

提出了客运专线桥上无缝道岔设计流程及设计方法，根据桥上无缝道岔“岔—梁—墩”一体化计算模型，建立桥上无缝道岔有限元分析方法，研究了道岔与桥梁之间的合理布置形式，对客运专线桥上无缝道岔设计具有指导意义。     

轨道交通列车过岔振动特性研究

建立了列车过岔有限元模型,利用轨道振动微分方程原理,定性研究城市轨道交通中不同轨下刚度和列车速度在道岔辙叉区对轨道振动特性的影响.分析了心轨尖端、心轨跟端及辙叉区共用垫板中心等特殊部位处的轨道振动特性.结果表明:列车速度的变化对钢轨最大竖向加速度和岔枕最大竖向加速度的影响较大;而辙叉区轨下刚度的变化对钢轨最大竖向位移、岔枕最大竖向位移及岔枕最大竖向加速度有较大的影响.     

铺设无缝道岔对大砂坪特大桥梁型影响的研究

根据桥梁与道岔之间的相互作用关系和传力机理,参考桥上铺设无缝道岔的应用经验,以兰渝线兰州枢纽大砂坪特大桥为例,建立“道岔-桥梁-墩台”一体化计算模型,利用 ANSYS 程序,对无缝道岔和桥梁耦合的力学特性进行了分析。计算结果表明,大砂坪特大桥主桥采用连续梁可以有效控制桥上无缝道岔钢轨位移,连续梁的梁轨相对位移特性更能适应道岔的受力与变形。     

客运专线桥上无缝道岔设计方法研究

研究目的:桥上无缝道岔设计已成为客运专线的关键技术之一.目前国内桥上无缝道岔研究刚刚起步,尚未形成系统计算理论和设计方法.开展桥上无缝道岔计算理论和设计方法研究,具有重要理论和现实意义.本文旨在建立一种桥上无缝道岔计算模型和计算方法,提出桥上无缝道岔设计流程和设计方法,探索我国无缝道岔技术发展方向.研究结论:引进技术和自主创新相结合,在消化吸收国外先进设计理念的基础上,初步建立了桥上无缝道岔设计方法和设计体系,为桥上无缝道岔设计提供依据.本文建立的"岔-梁-墩一体化"计算模型能够真实反应道岔和桥梁的相互作用,桥上无缝道岔设计方法具有很强的可操作性,研究成果对于我国客运专线桥上无缝道岔设计和施工有重要指导意义.     

高速车辆与桥上道岔动态相互作用规律初探

为揭示高速运营条件下车辆与桥上道岔的动态相互作用规律,建立考虑轮轨间动态接触关系的高速车辆-道岔-桥梁耦合振动模型,并编制相应计算程序CDAVTB。以时速350 km18号道岔布置于6×32 m连续梁上,轨下基础采用底座纵连式无砟轨道为例展开仿真分析,就铺设于我国客运专线桥梁上的引进技术与自主研发高速道岔的动力响应进行比较,并分析桥梁竖向刚度和岔桥相对位置对车岔桥系统动力响应的影响。结果表明:高速道岔铺设于桥上时,各项动力响应均有所增大,道岔结构参数对车岔桥系统动态相互作用的影响较大。随着桥梁竖向刚度的增大,系统各项动力响应呈减小趋势,32 m跨连续梁的ZK荷载挠跨比宜按不大于1/9 000进行设计。岔桥相对位置的变化将导致系统动力响应的较大差异,就32 m跨度连续梁而言,道岔辙叉部分布置于列车运行方向上距离桥墩1/8至1/4跨范围内时最优。     

转辙器轨距加宽对高速道岔动力特性的影响

运用道岔系统动力学理论,考虑轨距加宽式转辙器的结构特性,建立列车/道岔耦合动力学模型,以350 km/h客运专线18号高速道岔为例,计算分析了列车以350 km/h直向及80 km/h侧向过岔时的动力特性.结果表明:转辙器轨距加宽可提高列车直、侧向过岔时的平稳性,降低直向过岔时尖轨的磨耗指数,减轻尖轨侧磨,增加尖轨开始受力截面的轨顶宽度;增大转辙器部位的动轮载、轮缘力及动应力,对尖轨受力不利;转辙器轨距加宽对列车侧向过岔的轮重减载率和脱轨系数有不利影响,对直向过岔的影响不大.因此,建议在我国350 km/h客运专线高速道岔设计中,暂不使用转辙器轨距加宽技术.     

不足位移对高速道岔动力特性的影响

为揭示道岔不足位移对高速行车的影响,根据高速道岔、列车的结构特点、力学特性和相互作用关系,建立车辆-道岔耦合动力学模型,并以高速列车直向350km/h、侧向80km/h通过350km/h客运专线18号无砟道岔为例,分析不同不足位移情形下车辆和道岔的动力学特性。结果表明:尖轨、心轨不足位移对列车动轮载、钢轨动应力影响较小,对轮缘力、车体横向加速度、轮重减载率、脱轨系数影响较大;不足位移会严重影响高速列车直、侧向过岔的舒适性及安全性,影响高速道岔正常工作状态;牵引转换设计时,应严格控制道岔尖轨、心轨不足位移。     

列车通过12号无砟道岔及配套交叉渡线时的安全性和舒适性评价

对于12号无砟道岔及配套交叉渡线而言,需要研究列车与道岔间的动态相互作用问题。分别建立了车辆模型和道岔模型,其中车辆模型采用主要考虑车体、转向架和轮对三部分结构的单列全车模型,道岔模型包括转辙器、连接部分、12号辙叉、6号锐角辙叉及6号钝角辙叉等基本结构,充分考虑各细部结构对其振动的影响,以尽可能与实际情况相符;然后用列车动力学和道岔动力学理论,建立可考虑交叉渡线道岔钢轨型面变化的列车-道岔耦合动力学计算模型。研究结果表明:当CRH2动车组以时速50 km侧向通过客运专线用60 kg/m钢轨12号交叉渡线道岔时,能满足旅客的安全性和舒适性要求。     

动车组与货车侧向通过整体道床12号交叉渡线道岔动力学特性分析

基于列车动力学和道岔动力学理论,建立可考虑整体道床12号交叉渡线道岔钢轨型面变化的列车-道岔耦合动力学计算模型。用数值模拟方法分析动车组和货车以50 km/h侧向通过该交叉渡线道岔时的动力学特性。结果表明:动车组和货车通过时轮轨力、脱轨系数、减载率、轮轴横向力、车体振动响应有所不同,但均满足安全舒适要求。     

拱肋内倾角对钢管混凝土提篮拱桥车桥动力响应的影响

为考虑拱肋内倾角对大跨度钢管混凝土拱桥的动力特性及车辆走形性的影响,以某主跨为240 m的钢管混凝土提篮拱桥为例,运用结构动力学以及有限元原理,分别建立了3种不同内倾角度(7.5°,8.5°,9.5°)下的桥梁动力分析模型和车辆模型,由动力学势能不变值原理"与形成矩阵的"对号入座"法则建立空间振动方程,并对3种情况下的车桥耦合空间响应进行了计算分析。研究结果表明:桥梁横向自振频率随拱肋内倾角的增加而明显增大;竖向自振振动频率随内倾角度的增大而减小;列车通过桥梁时,不同内倾角度下拱顶竖向位移和加速度的变化很小,而横向位移、横向加速度均随着内倾角度的增大而减小;车辆的动力响应对内倾角的变化不敏感。     

温度荷载作用下大跨度桥梁与无砟道岔相互作用研究

将道岔、轨道板、梁体和墩台视为一个相互耦合的系统,建立了计算温度荷载作用下桥梁与无砟道岔相互作用的有限元力学模型。根据变分原理和形成矩阵的"对号入座"法则建立了模型求解的非线性方程组。研究了大跨度桥梁上铺设无砟道岔时,钢轨与墩台温度力与位移的规律。计算结果表明:无砟道岔铺设于大跨度桥梁上时,必须设置钢轨伸缩调节器;无砟道岔铺设于连续梁桥上并设置钢轨伸缩调节器时,岔区内钢轨位移增大;采用连续刚构桥,有利于减小岔区内钢轨位移。