斜拉橋無縫線路在不同工況下的撓曲力影響因素分析為了研究此類斜拉橋上撓曲力分布規(guī)律，依據(jù)第二章關(guān)于撓曲力計(jì)算方法，不考慮列車在橋上啟（制動(dòng)）以及橋梁受到溫度荷載作用，假定中-活載從左端入橋，三種工況只考慮單軌加載，撓曲力計(jì)算工況選如下：工況一：主橋左第二邊跨和主橋主跨左半跨布置荷載；工況二：主橋主跨布置荷載；工況三：主橋主跨右半跨和主橋右第二邊跨布置荷載；撓曲力計(jì)算加載工況布置如圖3.9所示。圖3.9撓曲力計(jì)算加載工況布置圖圖3.10和3.11顯示了不同工況下鋼軌撓曲力和梁軌相對(duì)位移的計(jì)算結(jié)果。圖3.10不同工況鋼軌撓曲力圖3.11不同工況梁軌相對(duì)位移三種工況下鋼軌最大撓曲力、梁軌相對(duì)位移見表3.5。表3.5三種工況下鋼軌撓曲力與梁軌相對(duì)位移最大值工況撓曲力(kN)梁軌相對(duì)位移(mm)一-298.7/227.6-4.8/4.2二-316.0/250.4-5.0/4.4三-295.3/265.3-4.7/4.5由圖3.10可知，三種工況加載下鋼軌撓曲力分布規(guī)律大致相同。三種撓曲力計(jì)算工況中，在工況二下左邊的主塔墩處（距離左橋臺(tái)約320m）鋼軌撓曲壓力達(dá)到最大，其值為316.0kN，在工況三下主跨跨中處（距離左橋臺(tái)約480m）鋼軌撓曲拉力達(dá)到最大，其值為265.3kN，之所以這兩種工況的撓曲力最大，是因?yàn)樾崩瓨蛑骺缈缍容^大，只要在主跨布滿了荷載后，主梁橋面就會(huì)產(chǎn)生較大的縱向位移進(jìn)而在全橋范圍內(nèi)的梁軌相對(duì)位移就相對(duì)較大（如圖3.11），而梁軌相對(duì)位移是產(chǎn)生鋼軌附加力的根本原因；主跨跨中會(huì)出現(xiàn)鋼軌撓曲拉力峰值是因?yàn)殇撹炝盒崩瓨虻闹髁合戮壋惺芎奢d，在列車荷載作用下，主跨左半跨的下緣橋面縱向位移方向向左，而主跨右半跨的下緣橋面縱向位移方向向右，在主橋跨中附近處的線路阻力方向改變且方向相背，故會(huì)形成鋼軌撓曲力拉力峰值；在主梁兩端的梁縫處也會(huì)形成較大的拉應(yīng)力峰，這是因?yàn)橹骺绮贾煤奢d后會(huì)引起左邊邊跨梁面向右的位移而右邊邊跨梁面向左的位移，這與計(jì)算伸縮力時(shí)的降溫工況相似，如果主梁的剛度增大的話，鋼軌撓曲力整體會(huì)減小，但梁端處的拉力峰值可能會(huì)比主跨跨中處的拉力峰值要大；在左邊主塔墩處會(huì)出現(xiàn)鋼軌撓曲壓力峰值是因?yàn)橛捎谥魉蘸托崩鲗?duì)主梁的約束作用，此處的主梁橋面縱向位移已經(jīng)比較小了，梁軌相對(duì)位移方向在此處發(fā)生改變，工況二的結(jié)果要比工況三的稍大些是因?yàn)樵谧蟮诙吙缟喜贾昧撕奢d后對(duì)主跨左半跨的下緣橋面縱向向左的位移起到一定約束作用，但這會(huì)增大主塔墩左邊的梁軌相對(duì)位移，梁軌相對(duì)位移變化率變大，線路阻力在此處附近方向改變且方向相向，故會(huì)形成鋼軌撓曲力壓力峰值。考慮到斜拉橋關(guān)于主跨跨中對(duì)稱，且主跨上布置荷載對(duì)撓曲力影響最大，建議可按工況二和工況三兩種情況進(jìn)行撓曲力計(jì)算而不必考慮列車入橋方向的變化。為了便于比較，撓曲力計(jì)算統(tǒng)一選為列車從左側(cè)入橋只在主梁主跨上布置荷載即工況三加載方式。(1)主塔墩剛度計(jì)算0.5、1.0、及2.0倍主塔墩剛度(彎曲剛度)的三種工況，其他結(jié)構(gòu)參數(shù)不變。圖3.12和3.13顯示了不同工況下鋼軌撓曲力和梁軌相對(duì)位移的計(jì)算結(jié)果。圖3.12不同主塔墩剛度鋼軌撓曲力圖3.13不同主塔墩剛度下梁軌相對(duì)位移三種工況下鋼軌最大撓曲力、梁軌相對(duì)位移見表3.6。表3.6不同主塔墩剛度下鋼軌撓曲力與梁軌相對(duì)位移最大值主塔墩剛度(倍)撓曲力(kN)梁軌相對(duì)位移(mm)0.5-277.7/227.3-4.5/5.01.0-260.4/220.3-4.3/4.82.0-243.1/215.3-4.0/4.7圖3.12可知，主塔墩剛度變化時(shí)，主梁主跨范圍內(nèi)的鋼軌撓曲力改變很小，這是因?yàn)橹骺缱冃沃饕苤髁鹤陨韯偠群托崩鲃偠扔绊?，受主塔墩剛度變化影響較小，主跨范圍內(nèi)的橋面縱向位移變化也較小，因而這一范圍內(nèi)的撓曲力變化就很小。由表3.6可知，三種工況下?lián)锨ψ畲笾狄来螢?77.7kN、260.4kN及243.4kN，但從撓曲力整體分布來看，主塔墩剛度變化對(duì)撓曲力及梁軌相對(duì)位移影響不大。(2)斜拉索剛度計(jì)算0.5、1.0及2.0倍斜拉索剛度的三種工況，其他結(jié)構(gòu)參數(shù)不變，圖3.14和3.15顯示了不同工況下鋼軌撓曲力和梁軌相對(duì)位移的計(jì)算結(jié)果。圖3.14不同斜拉索剛度鋼軌撓曲力圖3.15不同斜拉索剛度下梁軌相對(duì)位移三種工況下鋼軌最大撓曲力、梁軌相對(duì)位移見表3.7。表3.7不同斜拉索剛度下鋼軌撓曲力與梁軌相對(duì)位移最值斜拉索剛度(倍)撓曲力(kN)梁軌相對(duì)位移(mm)0.5-329.9/245.2-4.6/4.61.0-295.3/265.4-4.3/2.82.0-278.0/275.1-3.9/3.6由圖3.16及表3.8可知，三中工況的鋼軌最大撓曲壓力峰值均發(fā)生在主塔墩附近，其值依次為329.9kN、295.3kN、278.0kN，撓曲壓力隨著斜拉索剛度增大呈減小趨勢(shì)，這主要是因?yàn)樾崩鲃偠仍龃蠛?，主梁主跨豎向變形就會(huì)減小，進(jìn)而主塔墩間的鋼軌撓曲力就會(huì)減小；三種工況下在主梁左右端梁縫處均會(huì)出現(xiàn)撓曲拉力峰值，由于車頭靠近主梁右端，以右端梁縫處撓曲拉力峰值要不利些，三種工況的鋼軌最大撓曲拉力依次為89.4kN、109.2kN、115.5kN，撓曲拉力隨著斜拉索剛度增大呈增大趨勢(shì)，這是因?yàn)樾崩鲃偠仍龃蠛?，雖然主梁主跨上斜拉索對(duì)主梁約束作用加強(qiáng)使主跨豎向變形減小，但這會(huì)使兩座主塔墩外側(cè)所有斜拉索軸向附加拉力增大，進(jìn)而致使主梁上主跨以外的橋面縱向位移隨斜拉索剛度增大而增大。3.3斜拉橋無縫線路在不同工況下的制動(dòng)力影響因素分析制動(dòng)力計(jì)算時(shí)，選用不設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，依據(jù)第二章關(guān)于制動(dòng)力計(jì)算原則，假定中-活載從左端入橋，從左向右制動(dòng)，制動(dòng)力計(jì)算工況選如下：工況一：主橋左第二邊跨和主橋主跨左半跨布置荷載；工況二：主橋左第二邊跨、主橋主跨和主橋右第二邊跨布置荷載；工況三：主橋主跨布置荷載；制動(dòng)力計(jì)算不同加載工況布置如圖3.16所示。圖3.16制動(dòng)力計(jì)算不同加載工況布置圖圖3.17和3.18顯示了不同工況下鋼軌制動(dòng)力和梁軌相對(duì)位移的計(jì)算結(jié)果。圖3.17不同工況鋼軌制動(dòng)力圖3.18不同工況下梁軌相對(duì)位移三種工況下鋼軌最大制動(dòng)力、梁軌相對(duì)位移見表3.8。表3.8不同工況下鋼軌制動(dòng)力與梁軌相對(duì)位移最大值工況制動(dòng)力/kN梁軌相對(duì)位移/mm一-266.9/382.5-2.8/4.0二-303.6/390.6-2.8/4.4三-301.6/301.7-2.6/3.7由圖3.17可知，所有制動(dòng)工況下，在斜拉橋橋主梁左端梁縫處會(huì)形成鋼軌制動(dòng)拉力峰值，主梁右端梁縫處會(huì)形成鋼軌制動(dòng)壓力峰值，這是因?yàn)閺淖笙蛴业牧熊囍苿?dòng)荷載作用到鋼軌上后，制動(dòng)荷載通過線路阻力傳遞到梁面上引起主梁的整體向右的漂移，這對(duì)于主梁左邊半跨來說相當(dāng)于主梁降溫收縮，對(duì)于主梁右邊半跨來說相當(dāng)于主梁升溫伸長，這和伸縮力計(jì)算工況相似，故引起主梁左右端梁縫處的拉壓力峰值；從圖上還可知，鋼軌制動(dòng)拉壓力峰值是隨著主梁上制動(dòng)荷載長度增加而增加的，這是因?yàn)橹苿?dòng)荷載長度越長，主梁的縱向漂移就越大。由此可見，制動(dòng)力的最不利位置為加載起點(diǎn)或終點(diǎn)和主梁端部重合時(shí)。由圖3.18及表3.8可知，三種工況梁軌相對(duì)位移最大值分別為4.0mm、4.6mm、3.7mm。從以上的計(jì)算分析可知，鋼軌制動(dòng)力和梁軌快速相對(duì)位移與制動(dòng)荷載的長度及荷載布置位置關(guān)系較大，由于鐵路斜拉橋的全橋長可能會(huì)逾千米，建議最大制動(dòng)荷載長度要結(jié)合近遠(yuǎn)期列車編組長度確定，因?yàn)橹苿?dòng)荷載長度取小了會(huì)使設(shè)計(jì)偏于不安全，取長了會(huì)使設(shè)計(jì)過于保守造成資源浪費(fèi)。考慮到斜拉橋主梁兩側(cè)的橋跨布置對(duì)制動(dòng)力計(jì)算結(jié)果有一定影響，結(jié)合上述計(jì)算，建議下承式斜拉橋的制動(dòng)力選取時(shí)應(yīng)考慮最大制動(dòng)荷載在以主跨為中心即工況三的梁面上對(duì)稱布置及荷載布置將車頭置于梁縫處并考慮制動(dòng)方向的變化等工況。(1)主塔墩剛度制動(dòng)力計(jì)算統(tǒng)一選為列車從左側(cè)入橋，只在主梁主跨從左向右上制動(dòng)。計(jì)算0.5、1.0及2.0倍主塔墩剛度的工況，其他結(jié)構(gòu)參數(shù)不變。圖3.19和3.20顯示了不同工況下鋼軌制動(dòng)力和梁軌相對(duì)位移的計(jì)算結(jié)果。圖3.19不同主塔墩剛度鋼軌制動(dòng)力圖3.20不同主塔墩剛度下梁軌相對(duì)位移三種工況下鋼軌最大制動(dòng)力、梁軌相對(duì)位移見表3.9。表3.9不同主塔墩剛度下鋼軌制動(dòng)力與梁軌相對(duì)位移最大值主塔墩剛度(倍)制動(dòng)力(kN)梁軌相對(duì)位移(mm)0.5-392.1/397.7-5.1/6.21.0-301.6/305.9-3.2/4.32.0-232.0/235.3-2.0/3.2由圖3.19和表3.9可知，主塔墩剛度變化對(duì)制動(dòng)計(jì)算結(jié)果影響較大，這是因?yàn)橹苿?dòng)荷載主要由主塔墩承擔(dān)。隨著主塔墩剛度的增加，隨著主塔墩的剛度增大，鋼軌制動(dòng)力和梁軌相對(duì)位移均有較大幅度的下降，這一規(guī)律與普通橋上無縫線路制動(dòng)工況下的完全一致，因此，對(duì)于大跨斜拉橋也應(yīng)向普通橋上無縫線路那樣要保證主塔墩剛度能夠滿足列車在橋上制動(dòng)時(shí)梁軌相對(duì)位移不超過限值要求。(2)斜拉索剛度計(jì)算0.5、1.0及2.0倍斜拉索剛度的工況，其他結(jié)構(gòu)參數(shù)不變，圖3.21和3.22顯示了不同工況下鋼軌制動(dòng)力和梁軌相對(duì)位移的計(jì)算結(jié)果。圖3.21不同斜拉索剛度鋼軌制動(dòng)力圖3.22不同斜拉索剛度下梁軌相對(duì)位移三種工況下鋼軌最大制動(dòng)力、梁軌相對(duì)位移見表3.10。表3.10不同斜拉索剛度下鋼軌制動(dòng)力與梁軌相對(duì)位移最值斜拉索剛度(倍)制動(dòng)力(kN)梁軌相對(duì)位移(mm)0.5-300.8/305.4-3.1/4.31.0-301.6/305.9-3.2/4.32.0-302.4/306.3-3.2/4.3由圖3.21和表3.10可知，斜拉索剛度的增大，對(duì)于鋼軌制動(dòng)力、梁軌相對(duì)位移的一定的影響，變化呈減小趨勢(shì)，但影響的程度較小。這主要是由于主梁與斜拉索在結(jié)構(gòu)和材料屬性上完全不同，兩者的剛度存在較大差異。列車制動(dòng)荷載傳遞方式特殊，直接從主梁傳遞到主塔墩，而斜拉橋上斜拉索傳遞的的荷載相對(duì)有限。因此，可以看出隨著斜拉索剛度的變化，對(duì)制動(dòng)力的計(jì)算影響不大。3.4斷軌條件下斜拉橋無縫線路縱向力與位移分析由上述計(jì)算結(jié)果可知，主梁左右端梁縫處鋼軌伸縮力均較大，主梁左右端梁縫處最可能出現(xiàn)斷軌情況，計(jì)算假設(shè)一根鋼軌發(fā)生斷裂，以主梁左端梁縫處斷軌為例，斷縫值依據(jù)第二章關(guān)于斷軌力的計(jì)算原則。斷軌條件下計(jì)算時(shí)考慮主塔墩降溫20°C、斜拉索降溫25°C、鋼軌降溫60°C進(jìn)行分析。斷軌后鋼軌縱向力及鋼軌縱向位移如圖3.23、3.24所示。圖3.23斷軌后鋼軌縱向力圖3.24斷軌后鋼軌縱向位移由圖3.23中可以得出，折斷軌拉力最大值為1750.1kN。斷軌后，左端梁縫處的非折斷軌縱向力比折斷前增大207.0kN，這