1、橋上無縫線路附加 縱向力的研究,學號：134812237,姓名：甘成飛,目錄,一、橋上無縫線路概述,二、橋上無縫線路國內(nèi)外研究的狀況,三、國內(nèi)外橋上無縫線路設計的比較,四、結(jié)束語,五、參考文獻,一、橋上無線線路概述,1、基本概念,無縫線路也叫長鋼軌線路。就是 把若干根標準長度的鋼軌經(jīng)焊接成為 10002000m而鋪設的鐵路線路。 通常是在焊軌廠將無孔標準軌焊 接成200500m的軌條，再運到現(xiàn)場 就地焊接后鋪設。,一、橋上無線線路概述,2、無縫線路的基本特點,與普通線路相比，無縫線路在其長鋼軌段內(nèi) 消滅了軌縫，從而消除了車輪對鋼軌接頭的沖擊， 使得列車運行平穩(wěn)，旅客舒適，延長了線路設備 和機車

2、車輛的使用壽命，減少了線路養(yǎng)護維修工 作量，并能適應高速行車的要求，是軌道現(xiàn)代化 的發(fā)展方向。,一、橋上無線線路概述,3、無縫線路穩(wěn)定,無縫線路作為一種新型軌道結(jié)構(gòu)，其最大特點是在 夏季高溫季節(jié)在鋼軌內(nèi)部存在巨大的溫度壓力，容易引 起軌道橫向變形。在列車動力或人工作業(yè)等干擾下，軌 道彎曲變形有時會突然增大，這一現(xiàn)象常稱為脹軌跑道 ，在理論上稱為喪失穩(wěn)定。這將嚴重危及行車安全。 無縫線路穩(wěn)定性計算的主要目的是研究軌道脹軌跑 道的發(fā)生規(guī)律，分析其產(chǎn)生的力學條件及主要影響因素 的作用，計算出保證線路穩(wěn)定的允許溫度壓力。因此， 穩(wěn)定性分析對無縫線路的設計，鋪設及養(yǎng)護維修具有重 要的理論和實踐意義。,二

3、、國內(nèi)外研究的狀況,1、國內(nèi)橋上無縫線路附加縱向力的研究發(fā)展,橋上無縫線路是一個非常復雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如果要通過某種方法對其進行精確的分析和計算是比較困難的，因此需要建立一種合理計算模型來模擬分析。 大量的理論研究會和鐵路實踐證明梁軌相互作用原理的正確性和合理性，以梁軌相互作用原理為基礎進行橋上無縫線路縱向附加力的計算式可行的，而且計算結(jié)果與試驗測試的數(shù)據(jù)比較溫和。因此在進行橋上無縫線路的理論分析和工程設計時基本上都是建立在梁軌相互作用原理基礎之上的。,二、國內(nèi)外研究的狀況,1994年,基于梁軌相互作用原理以及橡膠支座的特性,耿傳智提出了一種采用橡膠支座的橋上無縫線路,并對其進行了理論分析和研究

4、,得出了橋上無縫線路伸縮附加力、撓曲附加力等的計算方法為橋上無縫線路的理論研究和工程設計提供了理論依據(jù)。,多跨橡膠支座簡支梁,二、國內(nèi)外研究的狀況,1997年,黎國清、莊軍生等利用平面結(jié)構(gòu)體系建立了線橋相互作用的理論計算模型,將橋梁基礎、墩臺支座與上部軌道結(jié)構(gòu)作為一個整體進行考慮,對橋上無縫線路的各項 縱向附加力進行了分析研究,給出了橋梁下部結(jié)構(gòu)的剛度合理取值與橋上鋼軌的允許附加力值,研究分析表明利用線橋相互作用力學計算模型來計算分析鋼軌縱向附加力和墩頂?shù)乃搅κ强尚械摹?圖形,線路與橋梁共同作用力學模型,二、國內(nèi)外研究的狀況,2003年,徐慶元等建立了一種能綜合考慮鋼軌、軌枕、梁體三者相互作

5、用的有碴軌道小阻力扣件橋上無縫線路附加力計算力學模型, 給出了算例, 對不同扣件縱向阻力工況下計算結(jié)果進行了對比. 結(jié)果表明: 扣件阻力明顯影響鋼軌及墩臺附加力的變化, 扣件阻力較小時, 作用在墩臺上及鋼軌上的附加力變化較快, 扣件阻力較大時, 變化較慢; 墩臺剛度不同, 則作用在墩臺上及鋼軌上各種附加 力隨扣件阻力的變化規(guī)律也有很大差別.,鋼軌、軌枕、梁跨結(jié)構(gòu)相互作用模型,二、國內(nèi)外研究的狀況,二、國內(nèi)外研究的狀況,2005年,中南大學徐慶元在吸取前人研究成果的基礎之上,對平面力學模型與梁軌相互作用三維有限元空間力學計算模型進行了縱向力分析比較,認為平面力學模型不能夠較好地反映高速鐵路橋梁、

6、壤臺以及荷載所具有的空間力學特性,空間力學模型更適用于各種工況附加力的計算。 2006年,中南大學徐慶元利用ANSYS有限元分析軟件建立了梁軌縱向相互作用的三維有限元空間力學模型,對梁軌相互作用機理進行了研究,并通過單雙線兩個不同的 橋梁實例進行了計算驗證,結(jié)算結(jié)果表明列車在雙線對開時鋼軌燒曲力明顯變大;單線制動時四根鋼軌的制動附加力明顯不同。,梁、軌縱向相互作用空間梁單元模型,有限元空間力學模型總體圖,二、國內(nèi)外研究的狀況,二、國內(nèi)外研究的狀況,2006年，黃小明, 蔡成標將橋上及橋梁兩端路基上的軌道、橋梁及其墩臺作為一個整體結(jié)構(gòu), 建立了橋上無縫線路縱向附加力計算的全橋有限元模型, 應用自

7、編的計算程序, 針對鄭西客運專線兩座大跨度橋橋上無縫線路溫度附加力、撓曲附加力、制動附加力進行了計算分析。結(jié)果表明全橋有限元模型及計算程序可以很方便地分析各種混凝土橋橋上無縫線路的附加力, 有較強的通用性和易用性, 計算結(jié)果可用于橋上無縫線路設 計的檢算。,連續(xù)梁橋橋上無縫線路附加力的全橋有限元模型,二、國內(nèi)外研究的狀況,二、國內(nèi)外研究的狀況,2011年，唐樂建立了鋼軌扣件阻力梁體墩臺一體化空間非線形有限元梁軌相互作用模型，并利用ANSYS分析軟件進行求解，計算分析了不同扣件阻力及不同橋跨布置工況下橋上無縫線路縱向附加力，并總結(jié)出縱向附加力變化規(guī)律，對多聯(lián)大跨連續(xù)梁橋無縫線路及橋墩設計有直接指

8、導作用。,2、國外橋上無縫線路附加縱向力的研究發(fā)展,二、國內(nèi)外研究的狀況,日本,日本在60年代初期就開始了對橋上無縫線路上鋼軌伸縮附加力研究,在鋼橋上進行無縫線路鋪設時,根據(jù)橋梁長度的不同來確定支座的結(jié)構(gòu)和布置形式以及伸縮調(diào)節(jié)器的布置方式,在進行橋梁壤臺設計時考慮了縱向附加力的影響,他們還認為在不同形式和不同結(jié)構(gòu)的橋上,應根據(jù)不同的軌道結(jié)構(gòu)采用與之對應的縱向附加力計算方法。,德國,德國在高速鐵路方面的發(fā)展是相對比較早的,為了適應列車高速運行的需要,規(guī)定在鐵路橋上不得設置有鋼軌接頭,否則橋梁的長度就要縮短到30m以下。并且聯(lián)邦德國鐵路局還頒布了鐵路新干線上橋梁特殊規(guī)程,該規(guī)程也被法國、奧地利等其

9、他國家所采用。另外德國對于橋上無縫線路設計的計算參數(shù)以及鋪設條件進行了相關規(guī)定,比如軌道阻力參數(shù)在夏季和冬季是不同的;對橋上設置伸縮調(diào)節(jié)器的溫度跨度作出了明確規(guī)定;在縱向附加力計算時要考慮墩臺以及基礎剛度的影響等等。,二、國內(nèi)外研究的狀況,二、國內(nèi)外研究的狀況,美國和前蘇聯(lián),美國和前蘇聯(lián)對橋上鋪設無縫線路也作出了相關規(guī)定,美國對于跨度較大和長度較長的橋梁在鋪設無縫線路時要在活動端設置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器;橋上的無縫線路鋼軌要設置彈簧防爬器。前蘇聯(lián)鐵路部門則規(guī)定,鋪設在跨度大于33m橋上的無縫線路要使用K型扣件,對于單跨和多跨橋梁長度超過55m和66m的無縫線路要按照相關規(guī)定予以辦理。,三、國內(nèi)外橋上

10、無縫線路設計的比較,中國2004年鐵道部頒布的京滬高速鐵路設計暫行規(guī)定中規(guī)定 了橋梁下部結(jié)構(gòu)的縱向水平剛度(跨度24、32和40 m的簡支梁分別 為300、400和700 kN/cm)，并規(guī)定無砟軌道縱向阻力為78 kN/m， 遠小于德國DS899/59和804規(guī)范所規(guī)定的墩臺縱向剛度和扣件縱向 阻力（德國規(guī)范規(guī)定，多于4孔的最大單跨長度為30 m的橋梁，墩 臺縱向剛度K1 000 kN/cm，每線無載扣件阻力采用30 kN/m， 有載扣件阻力采用60 kN/m，）。兩國鐵路規(guī)范不同的規(guī)定體現(xiàn) 不同設計理念，我國是采取減小橋梁和軌道的縱向力，以保證橋 上無縫線路的安全，而德國是采取增大墩臺縱向

11、剛度和扣件縱向阻 力，保證鋪設無縫線路的安全。,三、國內(nèi)外橋上無縫線路設計的比較,1、伸縮力,扣件阻力的取值按中國規(guī)范規(guī)定為8 kN/m， 按德國規(guī)范規(guī)定取為15kN/m,梁的當量溫差取值德國規(guī)范規(guī)定取30 ， 我國規(guī)范規(guī)定取1520,三、國內(nèi)外橋上無縫線路設計的比較,2、斷軌力,2004年鐵道部頒布的京滬高速鐵路設計暫行規(guī)定 規(guī)定橋梁墩臺檢算斷軌力作為特殊荷載加以考慮， 但德國鐵路有關規(guī)范對橋梁墩臺檢算無此項規(guī)定。 德國高速鐵路不考慮斷軌力，應該得益于德國規(guī)范 規(guī)定的墩臺縱向剛度很大，但我國鐵路不應仿效， 因為我國規(guī)范規(guī)定的墩臺縱向剛度太小，否則不安全。,三、國內(nèi)外橋上無縫線路設計的比較,三

12、、國內(nèi)外橋上無縫線路設計的比較,3、軌道強度和穩(wěn)定性驗算,德國規(guī)范規(guī)定，無縫線路的溫度力Pt一律按鋼軌溫度的變化幅度t=50計算，并不區(qū)分當?shù)貧v年最大鋼軌溫度的變化幅度，橋上無縫線路設計以鋼軌附加應力c作為檢算的控制條件，且不論橋梁結(jié)構(gòu)類型，一律規(guī)定不超過92MPa。中國規(guī)范規(guī)定，無縫線路的溫度力Pt，用實際的當?shù)貧v年最大鋼軌溫度變化幅度t進行計算，橋上鋼軌應力由總的鋼軌工作應力控制設計。,三、國內(nèi)外橋上無縫線路設計的比較,4、調(diào)節(jié)器的設置,中國鐵路對混凝土橋梁無縫線路設置調(diào)節(jié)器規(guī)定以下原則：根據(jù)墩臺受力檢算，能不設鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器盡可能不設，為使混凝土連續(xù)梁的固定墩受力減小，也可在中跨的跨中設

13、置雙向調(diào)節(jié)器，只當混凝土連續(xù)梁的聯(lián)長很長或條件困難的情況下才在梁的兩端分別設置調(diào)節(jié)器。,三、國內(nèi)外橋上無縫線路設計的比較,5、小阻力扣件的設置,實際設計在滿足軌道和橋梁安全運營的前提下，為減小墩臺受力，扣件阻力采用最小值5.0KN/m,最大值10.6KN/m，而德國橋上無縫線路習慣采用大阻力扣件。,四、結(jié)束語,我國橋上無縫線路設計采用中國規(guī)范規(guī)定的方法能確保安全，且更適合我國的地域環(huán)境和鐵路運輸條件，因此建議我國擬建鐵路客運專線的橋上無縫線路設計采用中國設計方法，并采用與之配套的小阻力扣件。當前我國建設鐵路客運專線，既要借鑒和吸收國外經(jīng)驗，也應充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造性。,五、參考文獻,1 耿傳智.橡膠支座橋上無縫線路梁軌相互作用力分析.上海鐵道學院學報.1995 2 黎國晴，莊軍生，張士臣.高速鐵路橋上無縫線路附加力的研究.中國鐵道科學.1997 3 徐慶元, 陳秀方, 周小林, 曾志平.橋上無縫線路附加力計算模型研究.長沙鐵道學院學報.2003 4 徐慶元. 高速鐵路橋上無縫線路縱向附加力三維有限元靜力與動力分析研究.中南大學.2005 5 黃小明, 蔡成標.客運專線大跨度混凝土橋橋上無縫線路縱向附加力分析.鐵道建筑.2006 6 唐樂.高速鐵路多聯(lián)大跨連續(xù)梁橋上無縫線路縱向附加力規(guī)律研究.鐵道建筑技術.2011 7 王學政.橋