阴存欣[1]2000年在《铁路桥梁纵向附加力的静动力非线性分析与仿真研究》文中研究表明本文从我国铁路正全面提速并积极计划修建高速铁路的形势出发，对铺设无缝线路的多跨及大跨桥梁与轨道系统的静力与动力相互作用进行较系统的分析研究。文中深入探讨了线桥相互作用原理，论述各种纵向力的产生机理及其求解方法，对传统的微分方程解法及现代的数值解法进行了分析与对比。为了深入研究线桥相互作用的静力非线性问题及动力问题，在数值求解技术方面作者重点研究了解非线性方程的切线刚度法、细步增量法、自动搜索步长的变步长增量法、线性方程组的快速解法、自由度的凝聚方法、各种逐步积分方法、用淘汰矩阵与逆迭代法相结合的振型求解方法等，并将其编成适用于对大型桥梁结构进行纵向附加力静动力非线性分析的有限元软件。通过不同求解方法对比及与实测结果的对比，验证了程序的正确性。作者运用所编程序对常用多跨简支梁的各种纵向力影响因素，包括纵向阻力、跨数、下部结构刚度、支座型式等进行分析，对桥梁纵向传力特点尤其是桥梁设计所用的有效制动力率和轨面制动力率的关系进行了研究。文中结合红水河斜拉桥的线路改造，对其纵向受力特性及钢轨伸缩调节器的合理布置形式进行了研究。以列车制动原理为基础建立并求解纵向动力平衡方程，从而获得常用货车的制动力荷载谱，得出了相应轨面制动力率的计算值。并以芜湖长江大桥为对象，将该制动力荷载谱输入到桥线系统进行移动荷载下的动力反应分析，研究了该桥在不同列车制动初速度、不同停车位置、不同轨道结构、不同纵向约束阻尼等因素下的纵向动力反应，得出了对该类桥梁设计有参考意义的结论。最后，作者进一步将有限元程序和可视化语言相结合，编制了界面友好的仿真软件，首次对移动荷载过桥的纵向力进行了仿真分析，并使桥梁的挠曲变形实现同步动画显示。
刘文硕[2]2013年在《高速铁路大跨度钢桁拱桥梁轨相互作用研究》文中提出摘要：高速铁路大跨度桥梁温度跨度大、活载作用下梁端转角大,且常承载多线铁路,桥梁与轨道因非线性约束的作用构成相互耦合相互制约的力学平衡体系,梁轨间相互作用是大跨度桥梁与无缝线路设计及安全使用的重要控制因素之一。本文以高速铁路线上的大跨度钢桁拱桥为研究对象,基于大跨度桥梁与轨道结构的非线性空间分析理论,建立了反映线路阻力非线性特性的梁轨一体化空间耦合模型,编制开发了计算模块,考虑了梁轨体系内加载历史的影响,对该类桥梁在温度、活载、地震激励等多场耦合作用下的梁轨相互作用特性和桥上无缝线路轨道结构的稳定性及钢轨断裂进行了研究。本文主要研究内容如下：(1)基于无缝线路纵向阻力的时变特性,推导了纵向阻力的迭代公式,改进了梁轨间纵向阻力的模拟方式,提出了实现线路阻力在无载、有载工况间自由转换的“阻力差值法”,该方法能考虑加载历史对梁轨非保守系统的影响,可对温度滞回、列车过桥、列车桥上制动等过程进行全历程分析。(2)建立了轨道-桥面板-纵横梁-主桁架-墩台-基础一体化的钢桁拱桥梁轨系统空间耦合模型,采用改进的“重叠非线性杆单元”模拟梁轨间纵向阻力,选用考虑卸载的理想弹塑性阻力模型来计入加载历史的影响,模拟了线路的纵、横向阻力及竖向刚度,该模型能更准确地反映轨道、桥面、纵横梁、主桁架、支座、桥墩、桩基等各组成间的关系,可模拟单线行车、多线行车等不同工况,可同时对梁轨间纵向附加力与桥上轨道稳定性进行分析。通过与相关文献算例进行对比,验证了本文模型的可靠性。(3)研究了钢桁拱桥梁轨间各项纵向附加力的特征及分布规律,对考虑加载历史的多荷载耦合非线性分析与线性叠加结果进行了对比性分析,探讨了温度组合工况、行车方向、活载模式、列车编组、制动力率、线路阻力、墩台刚度、临跨桥梁布置、活动支座摩擦力等敏感因素对梁轨纵向力的影响,阐述了钢轨伸缩调节器、轨道结构型式、桥墩上锁定阻尼装置及桥面系型式对无缝线路纵向力的削减机理及优选布置方案。(4)以轨道初始水平不平顺与高低不平顺的耦合为初始条件,对大跨度钢桁拱桥桥上无缝线路的轨道稳定性及钢轨断裂力传递进行了研究,对比研究了考虑梁轨相互作用与否时轨道的失稳状态,探讨了钢轨类型、道床横向阻力、线路竖向刚度及初始不平顺矢度等敏感性因素对桥上轨道结构稳定性的影响,同时对钢轨瞬态断裂过程进行了全历程追踪,对静态、动态断轨力进行了比较。(5)采用改进的Penzien模型模拟桩土效应,编制了人工地震波生成程序,分析了考虑轨道约束与否对大跨度钢桁拱桥梁轨系统自振特性的影响,总结了不同地震动输入模式下(包括地震波频谱特性、场地相位差等)大跨度钢桁拱桥梁轨系统的地震响应,探讨了道床阻力、滑动支座摩擦效应、相邻结构支座布置、墩台刚度等因素对其梁轨系统地震力的的影响规律,并对温度力、制动挠曲力与地震荷载的耦合作用进行了研究,提出设置伸缩调节器、粘滞阻尼器及比选轨道结构型式等梁轨适应性措施。
徐庆元[3]2005年在《高速铁路桥上无缝线路纵向附加力三维有限元静力与动力分析研究》文中进行了进一步梳理高速铁路桥上铺设无缝线路引起的桥梁与钢轨之间的纵向相互作用力,是高速铁路桥梁的重要荷载,梁、轨之间的纵向相互作用力过大,会引起线路失稳、长钢轨折断等严重问题,威胁到高速铁路行车安全;梁、轨纵向相互作用力还是高速铁路桥梁墩台及基础设计的控制性荷载之一;高速铁路梁、轨纵向相互作用力机理研究具有十分重要的工程实用意义。 现有桥上无缝线路纵向附加力计算理论大多采用平面模型,而高速铁路桥梁、墩台及荷载均具有很强的空间性,现有力学模型不能很好反映上述工况,具有很大的局限性;高速列车高速行驶在桥梁上或在桥梁上制动,会引起钢轨及桥梁的振动,但高速铁路动态挠曲力及制动力现有研究成果很有限,有关报道很少。 针对以前研究的不足,本文在吸收国内外研究成果的基础上,建立了梁、轨纵向相互作用三维有限元静力及动力空间力学计算模型,并用所建立的力学计算模型对高速铁路梁、轨纵向相互作用机理进行了较深入研究,主要内容如下: (1)用Ansys软件建立了梁、轨纵向相互作用三维有限元静力学模型,并对该力学模型进行了相应的验证。 (2)以秦沈客运专线10跨32米双线简支箱形梁桥为例,运用所建立的空间力学模型,分析了高速铁路多跨简支梁桥上无缝线路钢轨纵向附加力基本特征;对不同运行工况、扣件纵向阻力、墩台刚度、支座布置、扣件布置、桥梁跨数、梁温度变化幅度、支座摩擦阻力、钢轨类型、力学计算模型等因素对高速铁路多跨简支梁桥梁、轨纵向相互作用的影响进行了深入研究;考虑钢轨折断时轨枕的约束作用,建立了断轨力空间力学计算模型,以秦沈客运专线10跨32米双线简支箱形梁桥为例,对单根钢轨折断梁、轨纵向相互作用力基本特征及断缝影响因素进行了深入研究。 (3)以秦沈客运专线跨兴闫公路特大桥为例,分析了在设置钢轨伸缩调节器的情况下,温度荷载循环变化引起的塑性残余变形对梁、轨纵向相
曲村[4]2013年在《高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路设计理论及方法研究》文中研究表明随着我国高速铁路建设的展开,大跨度连续梁结构频繁应用于跨越沟谷、河流及道路,在长大桥梁上铺设无砟轨道无缝线路已不可避免。目前,我国分别在京津城际铁路、武广高速铁路、郑西高速铁路、沪宁城际铁路、广珠城际铁路、京沪高速铁路、广深港高速铁路、郑武高速铁路、合福高速铁路及沪昆高速铁路等线路中的长大桥梁上铺设了无砟轨道无缝线路。但是,在相关的设计、施工、养护和维修中暴露出了一些问题,仍亟待研究解决。本文针对当前高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路设计理论及方法研究中存在的不足,在综合分析国内外桥上无缝线路研究现状的基础上,考虑高速车辆、无缝线路、无砟轨道和长大桥梁之间的相互作用机理,建立空间耦合的静、动力学理论分析模型,开展现场静、动态试验,从理论和试验角度对高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路的静、动力学特性开展研究分析和检算评估,并对可适应的温度跨长进行研究,对设计提出合理化的建议。本文的主要工作和成果如下：1、研究了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路的设计参数合理取值国内外对于普通桥上无缝线路或有砟轨道无缝线路的设计参数进行了一些理论与试验研究,但针对高速铁路长大桥梁上铺设的无砟轨道无缝线路的设计参数的研究相对较为缺乏。针对既有研究的不足,通过研究和分析德国、日本、其他国家及组织与我国在桥上无缝线路设计参数取值方面的差异,确定了本文研究中应采用的设计参数合理取值。2、建立了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路的空间耦合精细化静力分析模型,对其静力学特性和设计参数的影响规律进行了详细的研究基于无缝线路、无砟轨道和长大桥梁之间的相互作用机理,首次建立了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路的空间耦合精细化静力分析模型,详尽、细致地考虑了钢轨、扣件、轨道板、砂浆充填层、底座板、凸形挡台、树脂填充层、双块式轨枕、道床板、隔离层、限位凹槽、橡胶垫板、支撑层、滑动层、固结机构、高强度挤塑板、L型侧向挡块、长大桥梁、桥墩、摩擦板、端刺、路基土体等结构的实际参数和细部构成。对温度变化、挠曲作用和制动条件下各细部结构的静力学特性和设计参数的影响规律进行了详细的研究,分析了既有病害的形成机理,对设计提出了合理化的建议。3、推导了适用于计算台后锚固体系纵向受力与变形的解析算法综合考虑底座板、摩擦板、隔离层、端刺结构和路基土体的相互作用关系,推导出了适用于计算台后锚固体系纵向受力与变形的解析算法,并与有限元空间耦合模型进行了相互验证。基于所建立的解析算法,分析了大端刺设计尺寸、小端刺数量等对台后锚固体系纵向位移的影响规律。4、建立了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路的空间耦合精细化动力分析模型,对其动力学特性和设计参数的影响规律进行了详细的研究基于高速车辆、无缝线路、无砟轨道和长大桥梁之间的动力耦合作用机理,将高速车辆视为多刚体系统,充分考虑车体、转向架、轮对、轴箱悬挂和中央悬挂系统的各种非线性因素,详尽地考虑钢轨、扣件、无砟轨道、长大桥梁、端刺锚固体系等结构的实际情况,通过刚柔耦合技术,建立了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路的空间耦合精细化动力分析模型。对高速条件下各细部结构的动力学特性进行了计算和验证,对设计参数的影响规律进行了详细的研究,对比分析了不同无砟轨道结构型式条件下的各项动力响应。5、开展了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路的现场静、动态试验研究通过郑西高速铁路长大桥梁单元式无砟轨道无缝线路和京沪高速铁路京杭运河特大桥纵连式无砟轨道无缝线路的现场静、动态试验,测试了单元式无砟轨道结构内部温度梯度分布规律,研究了长大桥梁上纵连式无砟轨道无缝线路钢轨温度力变化规律,掌握了高速车辆、无缝线路、无砟轨道和长大桥梁之间的耦合振动规律,评估了高速车辆通过长大桥梁无砟轨道无缝线路时的安全性与平稳性。6、进行了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路典型工点的静、动态检算评估应用高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路设计理论,在对各项静、动态检算评估指标及相关标准进行汇总的基础之上,采用本文所建立的空间耦合精细化静、动力分析模型,针对沪昆高速铁路长昆线岔河特大桥上双块式无砟轨道无缝线路和京沪高速铁路京杭运河特大桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道无缝线路等两处典型工点,进行了全面的静、动态检算评估。7、研究了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路可适应的合理温度跨长当桥梁跨度大到一定程度时,为保证轨道和桥梁结构的安全使用,必须采用一定数量的钢轨伸缩调节器。如何确定铺设无砟轨道无缝线路的大跨度混凝土桥梁合理的温度跨长,尽量减少钢轨伸缩调节器的设置是高速铁路长大桥上无砟轨道无缝线路设计的核心技术。应用高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路设计理论,对不同地段不同钢轨磨耗条件下不同气温范围可适应的高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路温度跨长合理取值开展了研究。
张建[5]2007年在《刚构桥上无缝线路的ANSYS分析及二次开发》文中研究说明铁路桥上铺设无缝线路引起的桥梁与钢轨之间的纵向相互作用力,是铁路桥梁的重要荷载,梁、轨之间的纵向相互作用力过大,会引起线路失稳、长钢轨折断等严重问题,威胁到铁路行车安全;梁、轨纵向相互作用力还是高速铁路桥梁墩台及基础设计的控制性荷载之一;铁路梁、轨纵向相互作用力机理研究具有十分重要的工程实用意义。另外,为满足日益繁忙的铁路运输需要,对既有线换铺无缝线路已成为改善轨道结构的最佳措施;换铺无缝线路要求对桥梁墩台进行检算,开发桥梁墩台检算软件亦具有十分重要的工程实用意义。现有桥上无缝线路纵向附加力计算理论大多采用平面模型,而铁路桥梁、墩台及荷载均具有很强的空间性,现有力学模型不能很好反映上述工况,具有很大的局限性。针对以前研究的不足,本文在吸收国内外研究成果的基础上,建立了梁、轨纵向相互作用三维有限元静力学计算模型,并用所建立的力学计算模型对铁路梁、轨纵向相互作用机理进行了较深入研究,主要内容如下:(1)用ANSYS软件建立了轨道—道砟—梁—墩台—基础为一体的梁、轨纵向相互作用三维有限元静力学模型,并对该力学模型进行了相应的验证。(2)以黎钦线上一刚构桥为例,运用所建立的模型,分析了连续刚构桥上无缝线路纵向附加力的基本特征;对不同运行工况、线路纵向阻力模型的取值对连续刚构桥梁、轨相互作用的影响进行了深入的研究。以南昆线上一曲线刚构桥为例,运用所建立的模型,分析了曲线上刚构桥无缝线路纵向力基本特征,对不同运行工况、梁温变化幅度、支座摩擦阻力等因素对梁、轨相互作用的影响进行了深入的研究。(3)运用Visual C++编程语言结合通用有限元软件ANSYS进行二次开发,开发了桥墩检算系统;大大减轻了ANSYS实体建模的难度,提高了工作效率。
阴存欣, 潘家英, 庄军生[6]2001年在《铁路桥梁纵向附加力的静动力非线性分析与仿真研究》文中进行了进一步梳理从我国铁路正全面提速的形势出发 ,迫切需要对铺设无缝线路的多跨及大跨桥梁与轨道系统在静、动力下的相互作用进行较系统的分析研究。文中深入探讨了线桥相互作用原理 ,论述各种纵向力的产生机理及其求解方法 ,对传统的微分方程解法及现代的数值解法进行了分析与对比。
田卿[7]2012年在《基于梁轨共同作用的高速铁路桥梁地震动力响应研究》文中提出无缝线路作为轨道结构进步的重要标志,如今广泛应用于高速铁路桥梁,考虑梁轨相互作用的结构地震响应分析具有重要意义。本文采用非线性纵向阻力模型,考虑强震作用下桥墩延性及滞回特性,建立了梁轨耦合动力非线性有限元分析模型,分析了梁轨耦合系统在地震作用下的动力响应。主要完成了以下工作：1.探讨了梁轨共同作用的分析方法及弹塑性地震动力时程分析模型,重点针对模型中体现结构非线性特征的两个方面：线路纵向阻力的非线性和桥墩塑性铰的非线性。针对高铁典型的双线32m简支梁及(40+64+40)m连续梁的组合桥跨布置,采用理想弹塑性模型考虑线路纵向阻力,采用clough滞回模型考虑桥墩延性,建立了梁轨耦合动力非线性有限元分析模型。2.研究了梁轨相互作用对桥梁地震响应的影响规律。结果表明：①多遇地震作用下,结构处于弹性阶段；设计地震作用下,结构可能进入塑性阶段,但其塑性表现不明显；罕遇地震作用下,结构明显进入塑性阶段。②对于连续梁和简支梁组合的桥跨布置,由于桥墩刚度相差很大,梁轨相互作用对结构顺桥向地震响应的影响可达19%～62%,并且对刚度较大的连续梁制动墩影响尤为显著。3.针对高铁典型桥跨布置形式,考虑强震作用下的桥墩延性及滞回特性,分析了线路纵向阻力、桥墩刚度、桩基刚度、桥梁跨数这些主要参数对梁轨耦合系统地震响应的影响。结果表明：结构地震响应与上述参数之间的关系,均可根据最小二乘法拟合为指数函数形式。
张华平[8]2010年在《高铁中小跨度连续梁桥梁轨相互作用研究》文中提出高速铁路桥梁梁轨相互作用是保证列车高速平稳运行的关键技术之一。研究桥梁梁轨相互作用的目的就是要确定桥梁墩台所承受的纵向水平力、确保轨道安全与稳定、限制对道床整体性有重要影响的梁轨快速相对位移。针对现有梁轨相互作用研究主要集中于小跨度简支梁桥,而对于连续梁桥梁轨相互作用研究较少。本文结合实际工程,主要做了以下工作：1.采用理想弹塑性纵向阻力模型,建立了能计算制动附加力、伸缩附加力及挠曲附加力的墩—梁—轨整体化有限元计算模型。2.以铺设有砟轨道的厦深线咸水溪大桥(9-32m简支梁+6x32m连续梁)为工程背景,对高速铁路无缝线路有砟轨道连续梁桥的钢轨纵向附加应力、墩台纵向附加力及梁轨快速相对位移的基本规律进行了分析；以线路纵向阻力、连续梁制动墩纵向线刚度及简支梁制动墩纵向线刚度为参量,研究这些因素对该桥梁轨相互作用的影响。3.以(9-32m简支梁+6x32m连续梁)桥梁为例,探讨了无砟轨道连续梁桥梁轨受力及梁轨快速相对位移基本规律；对影响该桥梁轨相互作用的主要因素一线路纵向阻力与墩台纵向线刚度,进行了研究。4.对比分析了有砟轨道连续梁桥与无砟轨道连续梁桥在梁轨受力及梁轨快速相对位移方面的异同点,结果表明：相同荷载条件下,有砟轨道连续梁桥梁轨受力小于无砟轨道连续梁桥,而无砟轨道连续梁桥梁轨快速相对位移小于有砟轨道连续梁桥。
余江[9]2008年在《高速铁路桥上无缝线路纵向附加力分析研究》文中提出高速铁路的迅速发展,使无缝线路的铺设里程越来越长。桥上无缝线路的铺设能够满足高速列车对线路平顺性的要求,但是桥梁与钢轨之间相互作用产生的纵向附加力成为高速铁路桥梁的重要荷载。梁、轨之间的相互作用力如果过大,将引起线路失稳,钢轨折断等问题,严重影响桥上行车安全。梁、轨相互作用产生的纵向力还对桥梁下部墩台及基础的设计起控制作用,因此对高速铁路桥上无缝线路纵向力的分析研究具有十分重要的意义。在桥上无缝线路中,线、桥、墩是一个相互作用的整体,其中任何一项发生变化都会使其它两项的受力发生变化。轨道、桥梁、墩台、荷载都具有很强的空间性,为了准确反应其受力情况,故应建立线、桥、墩一体的整桥双线模型。本文在参考国内外相关研究成果的基础上,建立了整桥双线模型。对双线桥上各种纵向附加力进行计算,并分析其变化规律及产生原因,主要研究内容如下:(1)采用大型通用有限元软件ANSYS建立轨道结构与桥梁共同作用的力学计算模型,为更好的考虑结构整体效应,采用整桥双线模型。相关模型参数分别采用我国高铁暂规标准及欧洲参数,并对该模型进行力学验证。(2)以高铁客运专线5跨32米双线简支梁为例,运用整桥双线模型,对桥上无缝线路伸缩力、挠曲力、制动力、断轨力及梁轨位移进行计算,对不同荷载作用下纵向力的变化进行分析。(3)对不同桥墩纵向刚度、梁温差及纵向阻力作用下纵向力的变化进行分析,分析梁轨之间相互影响的作用及纵向力变化的规律。
王晴[10]2014年在《大跨曲线连续梁桥与轨道相互作用》文中进行了进一步梳理摘要：高速铁路大跨度曲线连续梁桥可较好的适应地形、水利、交通等条件,在高速铁路中应用日益广泛,梁轨间相互作用成为大跨度曲线桥梁与无缝线路设计及安全使用的重要控制因素之一。本文针对高速铁路线上的大跨度曲线连续梁桥,对有砟轨道与桥梁相互作用进行了系统的研究,主要内容如下：(1)以高速铁路48m+7×80m+48m长联大跨度双线有砟轨道曲线连续梁桥为工程背景,建立了钢轨-扣件-轨枕-道砟-梁体-墩台的一体化空间有限元模型,模拟了线路的纵、横向阻力及竖向刚度,更准确地反映轨道、轨枕、桥面、桥墩等各组成间的关系。(2)研究了桥上有砟轨道在列车制动、温度和竖向活载作用下的受力和变形规律,探讨了高速铁路曲线连续梁桥伸缩附加力、挠曲附加力及制动附加力的大小及分布规律。(3)针对大跨曲线连续梁桥的计算,结果表明设置小阻力扣件和钢轨伸缩调节器组合布置方案是必须的,且可以很大程度上减小钢轨中的受力。此外探讨了墩柱与梁间纵向刚度、制动墩位置以及墩柱与梁间约束条件的改进方法,提出了制动跨度的概念,结果表明改变墩柱与梁间的约束可以达到降低钢轨应力的目的。
参考文献：
[1]. 铁路桥梁纵向附加力的静动力非线性分析与仿真研究[D]. 阴存欣. 铁道部科学研究院. 2000
[2]. 高速铁路大跨度钢桁拱桥梁轨相互作用研究[D]. 刘文硕. 中南大学. 2013
[3]. 高速铁路桥上无缝线路纵向附加力三维有限元静力与动力分析研究[D]. 徐庆元. 中南大学. 2005
[4]. 高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路设计理论及方法研究[D]. 曲村. 北京交通大学. 2013
[5]. 刚构桥上无缝线路的ANSYS分析及二次开发[D]. 张建. 中南大学. 2007
[6]. 铁路桥梁纵向附加力的静动力非线性分析与仿真研究[J]. 阴存欣, 潘家英, 庄军生. 中国铁道科学. 2001
[7]. 基于梁轨共同作用的高速铁路桥梁地震动力响应研究[D]. 田卿. 中南大学. 2012
[8]. 高铁中小跨度连续梁桥梁轨相互作用研究[D]. 张华平. 中南大学. 2010
[9]. 高速铁路桥上无缝线路纵向附加力分析研究[D]. 余江. 北京交通大学. 2008
[10]. 大跨曲线连续梁桥与轨道相互作用[D]. 王晴. 中南大学. 2014