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桥墩沉降下纵连板式轨道与桥面间动态接触行为及其对列车动态特性的影响

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土木工程学报 2021年第1期54卷 97-105页

作者：陈兆玮重庆交通大学重庆400074

桥墩沉降在高速铁路运营过程中不可避免,其会导致纵连板式轨道与桥面之间的变形不协调,进而引起底座与桥面之间的动态接触行为,恶化轨道力学性能并最终影响列车正常运行。这对这一问题,文章首先研究该动态接触过程的产生机制,并基于列车... 详细信息

桥墩沉降在高速铁路运营过程中不可避免,其会导致纵连板式轨道与桥面之间的变形不协调,进而引起底座与桥面之间的动态接触行为,恶化轨道力学性能并最终影响列车正常运行。这对这一问题,文章首先研究该动态接触过程的产生机制,并基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论提出纵连板式轨道和桥面间动态接触行为的研究方法;借助该方法从静态与动态两个角度研究桥墩沉降下轨道-桥梁动态接触行为;在此基础上探讨列车通过时的动态特性。结果表明:桥墩沉降和列车荷载会导致底座与桥面出现三处明显的动态接触区域;桥墩沉降导致的相邻桥墩处梁体上拱位移远小于沉降桥墩处的梁体下沉,但是沉降对上拱区域力学特性的影响却不可忽略;轨道的纵向连接特性可以在一定程度上缓解高速列车通过沉降区域时的振动;轨道随机不平顺不能完全掩盖桥墩沉降对系统动态特性的影响,表明沉降对系统的影响是不可忽视的。

关键词：桥墩沉降列车-轨道-桥梁动力相互作用纵连板式轨道动态接触高速铁路

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高速铁路桥上纵连板式轨道结构参数研究

高速铁路桥上纵连板式轨道结构参数研究

作者：李明鑫中南大学

学位级别：硕士

高架桥、长大桥已成为高速铁路的主要特征。由于无砟轨道和桥梁结构的特殊性,在长大桥上铺设无砟轨道是受限制的。为了解决这一难题,一种新型的无砟轨道结构一纵连板式轨道被推出,其主要特点是底座板和桥梁之间设置滑动层,解决了在温度... 详细信息

高架桥、长大桥已成为高速铁路的主要特征。由于无砟轨道和桥梁结构的特殊性,在长大桥上铺设无砟轨道是受限制的。为了解决这一难题,一种新型的无砟轨道结构一纵连板式轨道被推出,其主要特点是底座板和桥梁之间设置滑动层,解决了在温度荷载作用下的钢轨纵向附加力对桥梁的影响难题,但是此种结构在列车荷载作用下动力性能评价还是很少。本文针对这一新型结构,从竖向振动角度,研究列车与桥上纵连板式轨道系统的动力响应,通过参数分析,提出其结构参数的合理取值范围。根据桥上纵连板无砟轨道的特点,取半宽轨道进行研究,视桥上纵连板式无砟轨道结构为如下模型：钢轨模拟为连续弹性点支承的Euler长梁,轨道板在模型中作为连续粘弹性支承Euler自由短梁,砂浆模拟为线性均布面弹簧和阻尼器,底座板在模型中作为连续粘弹性支承Euler长梁,桥梁被模拟为考虑Rayleigh阻尼的Euler梁,把单个车辆模拟成6个自由度多刚体系统模型,完成了多个车辆运行模拟。运用轮轨密贴假定实现车轮与轨道的位移衔接,应用弹性系统总势能不变值原理和形成矩阵的“对号入座”法则建立系统竖向振动有限元矩阵方程,用MATLAB语言编制了相应振动分析程序,将确定周期性正弦不平顺做为系统激振源进行计算分析,输出主要动力响应时程。应用分析模型研究了行车速度和列车型号对桥上列车动力性能的影响;轨道不平顺幅值、CA砂浆的阻尼、轨道板的单位长度质量、轨道板的弹性模量和厚度、轨下垫层的刚度和阻尼、底座板的单位长度质量、弹性模量和厚度对大系统的动力影响,提出大系统的合理参数配置。文章最后结合前面的分析并参照国内外现有的减振型轨道结构形式,提出了几种桥上纵连板式轨道减振措施。并与原来结构参数进行对比分析,建议一些减振的轨道结构参数。

关键词：纵连板式轨道桥梁有限元法动力性能结构参数

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大跨桥上纵连板式轨道纵向力计算研究

大跨桥上纵连板式轨道纵向力计算研究

作者：徐锡江西南交通大学

学位级别：硕士

桥上纵连板式轨道借助底座板的纵连解决梁端转角对轨道结构的不利影响，通过设置滑动层来削减梁轨相互作用，在大跨桥上可以取消钢轨伸缩调节器，这种设计思想对大跨桥上铺设无砟轨道具有积极的借鉴意义。基于梁轨相互作用原理和有限... 详细信息

桥上纵连板式轨道借助底座板的纵连解决梁端转角对轨道结构的不利影响，通过设置滑动层来削减梁轨相互作用，在大跨桥上可以取消钢轨伸缩调节器，这种设计思想对大跨桥上铺设无砟轨道具有积极的借鉴意义。基于梁轨相互作用原理和有限元方法，本文采用梁单元和弹簧单元模拟各结构层，建立了大跨桥上纵连板式轨道纵向力计算模型，并以某跨径为94m+168m+84m的连续刚构桥为例，计算了制挠力、温度力和断板力工况下桥上纵向附加力，同时分析了滑动层摩擦系数、轨道板和底座板伸缩刚度变化以及固结机构设置对桥上附加纵向力的影响。计算结果表明： (1)大跨桥上纵连板式轨道以温度力为主要控制荷载，但不能忽视制挠力的作用。底座板在与端刺刚性连接的部位极易发生断板，建议端刺与底座板不采用刚性连接的形式，而采用弹性连接的形式，以降低底座板和端刺的受力。固结机构抗剪设计应以断板力为主要控制荷载。 (2)滑动层摩擦系数、轨道板和底座板的伸缩刚度变化对梁轨相互作用影响显著，尽量减小滑动层摩擦系数、轨道板(底座板)在合理范围内的开裂对大跨桥上纵连板式轨道的受力是有利的，在设计的初期阶段，就应当考虑到滑动层失效、轨道板(底座板)开裂的情况。 (3)取消固结机构，对底座板的受力是有利的，但温度力作用下端刺纵向力极值会大幅增加，大跨桥上设置固结机构是有必要的。当考虑两股轨道同时断板的最不利情况时，取消固结机构后，受断板力影响最显著墩台的墩顶纵向水平力降幅达78％，建议固结机构抗剪设计时应保证大跨桥上纵连板式轨道发生最不利断板的同时，固结机构也一起被剪断，以确保桥梁结构的安全。通过本文的分析对客运专线大跨桥上纵连板式轨道设计提供了一定的理论指导。

关键词：大跨桥纵连板式轨道纵向力计算研究

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大跨桥上纵连板式轨道断板力计算研究

四川建筑 2010年第2期40卷 134-136页

作者：徐锡江中铁二院工程集团土木建筑设计研究一院四川成都610031

基于梁轨相互作用原理和有限元方法,文章采用梁单元和弹簧单元模拟各结构层,建立了大跨桥上纵连板式轨道纵向力计算模型,并以某跨径为94m+168m+84m的连续刚构桥为例,计算了断板力工况下的桥上纵向附加力。计算结果表明:当考虑两股轨道... 详细信息

基于梁轨相互作用原理和有限元方法,文章采用梁单元和弹簧单元模拟各结构层,建立了大跨桥上纵连板式轨道纵向力计算模型,并以某跨径为94m+168m+84m的连续刚构桥为例,计算了断板力工况下的桥上纵向附加力。计算结果表明:当考虑两股轨道同时断板的最不利情况时,取消固结机构后,受断板力影响最显著墩台的墩顶纵向水平力降幅达78%,建议固结机构抗剪设计时应保证大跨桥上板式轨道发生最不利断板的同时,固结机构也一起被剪断,以确保桥梁结构的安全。

关键词：大跨桥纵连板式轨道断板力计算研究

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简支梁桥上纵连板式轨道无缝道岔温度力研究

铁路计算机应用 2009年第8期18卷 1-4页

作者：代永波尤瑞林武汉铁路局麻城工务段麻城438300 中南大学土木建筑学院长沙410075

桥上纵连板式轨道借助底座板的纵连解决梁端转角对轨道结构的不利影响,通过设置滑动层来削弱梁轨相互作用,这种设计思想对桥上铺设无缝道岔具有积极的借鉴意义。基于梁轨相互作用原理和有限元方法,采用梁单元和弹簧单元模拟各结构层,建... 详细信息

桥上纵连板式轨道借助底座板的纵连解决梁端转角对轨道结构的不利影响,通过设置滑动层来削弱梁轨相互作用,这种设计思想对桥上铺设无缝道岔具有积极的借鉴意义。基于梁轨相互作用原理和有限元方法,采用梁单元和弹簧单元模拟各结构层,建立桥上纵连板式轨道无缝道岔纵向力计算模型,对多跨简支梁桥进行温度力计算,分析轨道板和底座板伸缩刚度变化、滑动层摩擦系数的影响。

关键词：简支梁桥纵连板式轨道无缝道岔温度力

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纵连板式无砟轨道动态应变分布规律研究

铁道标准设计 2022年第6期66卷 27-32页

作者：胡颖肖杰灵陈醉陈流宇杨荣山刘学毅西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031 西南交通大学土木工程学院成都610031

纵连板等无砟轨道的疲劳损伤与列车动载作用密切相关,特别是动荷载作用时,将在作用点附近形成较高的应变率及梯度分布,是造成无砟道床动力损伤不可忽视的因素。为研究纵连板在高速列车荷载作用下的应变分布规律,基于车-轨耦合作用动力... 详细信息

纵连板等无砟轨道的疲劳损伤与列车动载作用密切相关,特别是动荷载作用时,将在作用点附近形成较高的应变率及梯度分布,是造成无砟道床动力损伤不可忽视的因素。为研究纵连板在高速列车荷载作用下的应变分布规律,基于车-轨耦合作用动力学理论及模型,研究轨道结构混凝土应变速率演变规律及影响因素。结果表明:轨道结构应变率随窄接缝尺寸和砂浆层弹性模量增大而减小;轨道结构沿垂向应变率变化较纵、横向更为敏感;轨道板等结构受拉区应变率远大于受压区;列车荷载作用下砂浆层应变率最大值为2.193×10^(-3)/s,窄接缝位置处应变率最大值达到1.096×10^(-3)/s,二者均明显大于轨道结构其余部分,建议进行纵连式轨道动力研究时宜着重关注窄接缝和砂浆层的动态应变变化。

关键词：高速铁路无砟轨道纵连板式轨道车轨耦合动力学应变率

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特殊工况下桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔温度力研究

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铁道建筑 2010年第6期50卷 104-107页

作者：赵才友王平西南交通大学土木工程学院成都610031

为进一步研究桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔受力和变形的特点,分析了其在实际工程中常见的底座板发生收缩徐变、底座板存在施工温差和底座板断板三种工况下温度力的变化规律。基于梁轨相互作用关系,建立了"岔—板—桥—墩"一体化空间计... 详细信息

为进一步研究桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔受力和变形的特点,分析了其在实际工程中常见的底座板发生收缩徐变、底座板存在施工温差和底座板断板三种工况下温度力的变化规律。基于梁轨相互作用关系,建立了"岔—板—桥—墩"一体化空间计算模型,利用有限元法,编制了相应计算程序。经计算分析表明,随着底座板收缩徐变的增大,基本轨温度力和伸缩位移增大;随着底座板施工温差的增大,基本轨温度力和伸缩位移有较大的增长;底座板断板后,会显著增大岔区基本轨温度力和伸缩位移。

关键词：桥上无缝道岔纵连板式轨道收缩徐变施工温差

高速铁路桥墩沉降与钢轨变形的映射关系(Ⅱ):纵连板式无砟轨道系统

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中国科学：技术科学 2014年第7期44卷 778-785页

作者：陈兆玮孙宇翟婉明西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

分析了桥上铺设纵连板式轨道条件下钢轨随桥墩沉降产生变形的机理,并与单元板式轨道条件下的钢轨变形机理进行了对比,在此基础上,推导了纵连板式无砟轨道条件下桥墩沉降和钢轨变形间映射关系的解析表达式,计算了钢轨随桥墩沉降的变形曲... 详细信息

分析了桥上铺设纵连板式轨道条件下钢轨随桥墩沉降产生变形的机理,并与单元板式轨道条件下的钢轨变形机理进行了对比,在此基础上,推导了纵连板式无砟轨道条件下桥墩沉降和钢轨变形间映射关系的解析表达式,计算了钢轨随桥墩沉降的变形曲线,与此同时采用有限元方法从桥梁结构受力与变形的角度分析了桥墩沉降引起的钢轨变形曲线,并与解析计算结果进行了对比,最后对纵连板式轨道和单元板式轨道条件下钢轨随桥墩沉降的变形曲线进行了对比分析.研究结果表明解析模型和有限元模型均可用于求解纵连板式轨道条件下桥墩沉降和钢轨变形的映射关系;相比于单元板式轨道,纵连板式轨道条件下的钢轨变形更缓和,列车高速通过其沉降区域时产生的激振频率也更低.

关键词：高速铁路桥墩沉降钢轨变形映射关系解析模型纵连板式轨道

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桥梁收缩徐变诱发高速列车-CRTS Ⅱ型板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用研究

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振动与冲击 2021年第12期40卷 1-8,22页

作者：陈兆玮重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074

混凝土桥梁的收缩徐变效应在高速铁路桥梁工程中不可避免,会导致桥梁竖向变形,并最终导致CRTSⅡ型纵连板式轨道和桥面之间出现脱空。针对这一实际工程问题,深入研究收缩徐变引起的高速列车-纵连板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用问... 详细信息

混凝土桥梁的收缩徐变效应在高速铁路桥梁工程中不可避免,会导致桥梁竖向变形,并最终导致CRTSⅡ型纵连板式轨道和桥面之间出现脱空。针对这一实际工程问题,深入研究收缩徐变引起的高速列车-纵连板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用问题。对桥梁收缩徐变下纵连板式轨道-桥梁系统非线性接触机制进行讨论;提出桥梁收缩徐变条件下高速列车-纵连板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用研究方法;在此基础上研究桥梁收缩徐变对桥轨非线性接触行为、轨道层间相互作用、轨道混凝土结构附加动应力以及列车动态特性的影响。研究表明:提出的研究方法可以有效地研究收缩徐变条件下列车-纵连板式轨道-桥梁结构的动力相互作用问题。在收缩徐变条件下,梁端处出现了底座和桥面间的脱空现象。列车动荷载引起桥轨接触力明显增大,同时也导致脱空区域发生明显变化。整体来看脱空区域长度对速度并不敏感。梁端位置处的轨道层间力有明显变化,砂浆力变化比扣件力剧烈。轨道板和底座上表面主要以承受拉应力为主,仅在脱空区域附近才出现局部受压;而下表面则呈现相反的应力分布。收缩徐变效应主要影响列车的振动,而对轨下结构的振动影响较小。

关键词：列车-轨道-桥梁动力相互作用收缩徐变动态接触纵连板式轨道行车性能