鐵路拱橋上無縫線路縱向梁軌相互作用與地震反應分析研究.pdf

1、鐵路橋上鋪設無縫線路提高了線路運營平順性、減少了養(yǎng)護維修工作量，但存在的橋梁與軌道相互作用（簡稱“梁軌相互作用”）問題的研究是鐵路設計中的重要課題，需對線路中所用到的各種橋型上無縫線路鋪設技術進行研究。本文在國內(nèi)外已有研究基礎上，主要對鐵路拱橋上無縫線路梁軌相互作用相關問題做了研究，具體研究內(nèi)容如下:
　　1.鐵路三類拱橋上無縫線路縱向力計算簡化平面模型的建立
　　基于梁軌相互作用原理，分析了鐵路拱橋上鋪設無縫線路后橋梁結(jié)構

2、與線路軌道相互作用特點，分別建立了上承式、中承式及下承式拱橋上無縫線路縱向力計算的簡化平面模型，給出模型中拱肋、立柱墩等關鍵構件參數(shù)取值計算方法;采用了一種新的鋼軌撓曲力計算方法并進行了驗證。
　　2.鐵路拱橋上無縫線路縱向力計算程序編制及驗證
　　三類拱橋線橋墩一體化模型的建立采用統(tǒng)一流程，采用FORTRAN語言和ANSYS軟件相結(jié)合的方法編制了鐵路拱橋上無縫線路縱向力計算通用程序(ABCWR)，該程序可完成拱橋和普通橋上

3、無縫線路伸縮、撓曲、制動及斷軌工況分析計算;分別以鐵路三跨簡支梁和上承式拱橋為例，通過與成熟計算程序BCWR和建立線路-橋梁空間耦合模型計算結(jié)果的對比，驗證了本文編制ABCWR計算程序的通用性和計算結(jié)果的可信性。
　　3.三類拱橋上無縫線路縱向梁軌相互作用影響因素研究
　　利用ABCWR計算程序，解決了三類拱橋上無縫線路鋼軌伸縮力、撓曲力、制動力及斷縫的計算問題。研究了拱肋、立柱墩或吊桿的溫差及截面剛度對三類拱橋鋼軌伸縮力的

4、影響，給出了中承式和下承式拱橋鋼軌伸縮力計算簡化方法;對三類拱橋鋼軌撓曲力和制動力計算最不利工況進行了總結(jié)，建議重視上承式拱橋撓曲工況的分析;對比了公式法和梁軌相互作用法計算鋼軌斷縫值的差異，對三類拱橋均建議采用梁軌相互作用法分析斷軌工況;分析了橋跨及支座布置形式對上承式拱橋上無縫線路受力變形的影響，建議拱橋上宜設置三聯(lián)連續(xù)梁，將外側(cè)兩聯(lián)連續(xù)梁的固定支座設置在交界墩上，并需考慮設置一定數(shù)量的速度鎖定器來分配制動工況下的墩臺受力。

5、　　4.鐵路拱橋上無縫線路動力計算有限元模型建立及軌道約束對動力特性影響研究
　　建立拱橋上無縫線路動力計算線路-橋梁空間耦合有限元模型，模型中線路縱向阻力采用理想彈塑性形式，以上承式拱橋為例，研究了二期恒載、鋼軌約束作用對拱橋結(jié)構動力特性的影響。分析結(jié)果可知，二期恒載降低了結(jié)構整體自振頻率;由于線路縱向阻力約束作用限制了拱肋變形，立柱墩縱向剛度及彎曲自振頻率比不考慮軌道約束作用的要大。
　　5.拱橋上無縫線路縱向地震反應影

6、響因素分析
　　利用建立的線路-橋梁動力計算空間耦合有限元模型，采用非線性時程逐步積分分析方法，對二期恒載、地震波頻譜特性、結(jié)構阻尼比、豎向地震作用、小阻力扣件鋪設、拱肋溫差作用以及拱上橋跨布置形式等因素對上承式拱橋上無縫線路地震反應規(guī)律進行了詳細分析。研究表明上承式拱橋上采用三跨連續(xù)梁的方案并未增大地震作用下的無縫線路受力，結(jié)合伸縮、撓曲等常規(guī)分析工況的研究結(jié)論，進一步說明此方案要優(yōu)于拱上采用簡支梁方案。
　　6.室內(nèi)有砟

7、軌道橋上無縫線路縱向地震反應振動臺模型試驗
　　設計實施了室內(nèi)有砟軌道橋上無縫線路縱向地震反應振動臺模型試驗，驗證理論計算中線路縱向阻力采用理想彈塑性本構形式的合理性。由試驗結(jié)果可知，模型試驗鋼軌的縱向約束作用提高了試驗梁體的低階縱向自振頻率，這與理論分析結(jié)論一致;采用理想彈塑性阻力形式計算得到的鋼軌應力比試驗結(jié)果要大，但會低估實際中梁體的位移;基于測試結(jié)果對理論模型線路阻力參數(shù)修正后的計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好;建議理論分析中可