《铁路规划与设计》PPT课件.ppt

桥上无缝线路附加 纵向力的研究,学号：134812237,姓名：甘成飞,目录,一、桥上无缝线路概述,二、桥上无缝线路国内外研究的状况,三、国内外桥上无缝线路设计的比较,四、结束语,五、参考文献,一、桥上无线线路概述,1、基本概念,无缝线路也叫长钢轨线路。就是 把若干根标准长度的钢轨经焊接成为 10002000m而铺设的铁路线路。 通常是在焊轨厂将无孔标准轨焊 接成200500m的轨条，再运到现场 就地焊接后铺设。,一、桥上无线线路概述,2、无缝线路的基本特点,与普通线路相比，无缝线路在其长钢轨段内 消灭了轨缝，从而消除了车轮对钢轨接头的冲击， 使得列车运行平稳，旅客舒适，延长了线路设备 和机车车辆的使用寿命，减少了线路养护维修工 作量，并能适应高速行车的要求，是轨道现代化 的发展方向。,一、桥上无线线路概述,3、无缝线路稳定,无缝线路作为一种新型轨道结构，其最大特点是在 夏季高温季节在钢轨内部存在巨大的温度压力，容易引 起轨道横向变形。在列车动力或人工作业等干扰下，轨 道弯曲变形有时会突然增大，这一现象常称为胀轨跑道 ，在理论上称为丧失稳定。这将严重危及行车安全。 无缝线路稳定性计算的主要目的是研究轨道胀轨跑 道的发生规律，分析其产生的力学条件及主要影响因素 的作用，计算出保证线路稳定的允许温度压力。因此， 稳定性分析对无缝线路的设计，铺设及养护维修具有重 要的理论和实践意义。,二、国内外研究的状况,1、国内桥上无缝线路附加纵向力的研究发展,桥上无缝线路是一个非常复杂的系统结构，如果要通过某种方法对其进行精确的分析和计算是比较困难的，因此需要建立一种合理计算模型来模拟分析。 大量的理论研究会和铁路实践证明梁轨相互作用原理的正确性和合理性，以梁轨相互作用原理为基础进行桥上无缝线路纵向附加力的计算式可行的，而且计算结果与试验测试的数据比较温和。因此在进行桥上无缝线路的理论分析和工程设计时基本上都是建立在梁轨相互作用原理基础之上的。,二、国内外研究的状况,1994年,基于梁轨相互作用原理以及橡胶支座的特性,耿传智提出了一种采用橡胶支座的桥上无缝线路,并对其进行了理论分析和研究,得出了桥上无缝线路伸缩附加力、挠曲附加力等的计算方法为桥上无缝线路的理论研究和工程设计提供了理论依据。,多跨橡胶支座简支梁,二、国内外研究的状况,1997年,黎国清、庄军生等利用平面结构体系建立了线桥相互作用的理论计算模型,将桥梁基础、墩台支座与上部轨道结构作为一个整体进行考虑,对桥上无缝线路的各项 纵向附加力进行了分析研究,给出了桥梁下部结构的刚度合理取值与桥上钢轨的允许附加力值,研究分析表明利用线桥相互作用力学计算模型来计算分析钢轨纵向附加力和墩顶的水平力是可行的。,图形,线路与桥梁共同作用力学模型,二、国内外研究的状况,2003年,徐庆元等建立了一种能综合考虑钢轨、轨枕、梁体三者相互作用的有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路附加力计算力学模型, 给出了算例, 对不同扣件纵向阻力工况下计算结果进行了对比. 结果表明: 扣件阻力明显影响钢轨及墩台附加力的变化, 扣件阻力较小时, 作用在墩台上及钢轨上的附加力变化较快, 扣件阻力较大时, 变化较慢; 墩台刚度不同, 则作用在墩台上及钢轨上各种附加 力随扣件阻力的变化规律也有很大差别.,钢轨、轨枕、梁跨结构相互作用模型,二、国内外研究的状况,二、国内外研究的状况,2005年,中南大学徐庆元在吸取前人研究成果的基础之上,对平面力学模型与梁轨相互作用三维有限元空间力学计算模型进行了纵向力分析比较,认为平面力学模型不能够较好地反映高速铁路桥梁、壤台以及荷载所具有的空间力学特性,空间力学模型更适用于各种工况附加力的计算。 2006年,中南大学徐庆元利用ANSYS有限元分析软件建立了梁轨纵向相互作用的三维有限元空间力学模型,对梁轨相互作用机理进行了研究,并通过单双线两个不同的 桥梁实例进行了计算验证,结算结果表明列车在双线对开时钢轨烧曲力明显变大;单线制动时四根钢轨的制动附加力明显不同。,梁、轨纵向相互作用空间梁单元模型,有限元空间力学模型总体图,二、国内外研究的状况,二、国内外研究的状况,2006年，黄小明, 蔡成标将桥上及桥梁两端路基上的轨道、桥梁及其墩台作为一个整体结构, 建立了桥上无缝线路纵向附加力计算的全桥有限元模型, 应用自编的计算程序, 针对郑西客运专线两座大跨度桥桥上无缝线路温度附加力、挠曲附加力、制动附加力进行了计算分析。结果表明全桥有限元模型及计算程序可以很方便地分析各种混凝土桥桥上无缝线路的附加力, 有较强的通用性和易用性, 计算结果可用于桥上无缝线路设 计的检算。,连续梁桥桥上无缝线路附加力的全桥有限元模型,二、国内外研究的状况,二、国内外研究的状况,2011年，唐乐建立了钢轨扣件阻力梁体墩台一体化空间非线形有限元梁轨相互作用模型，并利用ANSYS分析软件进行求解，计算分析了不同扣件阻力及不同桥跨布置工况下桥上无缝线路纵向附加力，并总结出纵向附加力变化规律，对多联大跨连续梁桥无缝线路及桥墩设计有直接指导作用。,2、国外桥上无缝线路附加纵向力的研究发展,二、国内外研究的状况,日本,日本在60年代初期就开始了对桥上无缝线路上钢轨伸缩附加力研究,在钢桥上进行无缝线路铺设时,根据桥梁长度的不同来确定支座的结构和布置形式以及伸缩调节器的布置方式,在进行桥梁壤台设计时考虑了纵向附加力的影响,他们还认为在不同形式和不同结构的桥上,应根据不同的轨道结构采用与之对应的纵向附加力计算方法。,德国,德国在高速铁路方面的发展是相对比较早的,为了适应列车高速运行的需要,规定在铁路桥上不得设置有钢轨接头,否则桥梁的长度就要缩短到30m以下。并且联邦德国铁路局还颁布了铁路新干线上桥梁特殊规程,该规程也被法国、奥地利等其他国家所采用。另外德国对于桥上无缝线路设计的计算参数以及铺设条件进行了相关规定,比如轨道阻力参数在夏季和冬季是不同的;对桥上设置伸缩调节器的温度跨度作出了明确规定;在纵向附加力计算时要考虑墩台以及基础刚度的影响等等。,二、国内外研究的状况,二、国内外研究的状况,美国和前苏联,美国和前苏联对桥上铺设无缝线路也作出了相关规定,美国对于跨度较大和长度较长的桥梁在铺设无缝线路时要在活动端设置钢轨伸缩调节器;桥上的无缝线路钢轨要设置弹簧防爬器。前苏联铁路部门则规定,铺设在跨度大于33m桥上的无缝线路要使用K型扣件,对于单跨和多跨桥梁长度超过55m和66m的无缝线路要按照相关规定予以办理。,三、国内外桥上无缝线路设计的比较,中国2004年铁道部颁布的京沪高速铁路设计暂行规定中规定 了桥梁下部结构的纵向水平刚度(跨度24、32和40 m的简支梁分别 为300、400和700 kN/cm)，并规定无砟轨道纵向阻力为78 kN/m， 远小于德国DS899/59和804规范所规定的墩台纵向刚度和扣件纵向 阻力（德国规范规定，多于4孔的最大单跨长度为30 m的桥梁，墩 台纵向刚度K1 000 kN/cm，每线无载扣件阻力采用30 kN/m， 有载扣件阻力采用60 kN/m，）。两国铁路规范不同的规定体现 不同设计理念，我国是采取减小桥梁和轨道的纵向力，以保证桥 上无缝线路的安全，而德国是采取增大墩台纵向刚度和扣件纵向阻 力，保证铺设无缝线路的安全。,三、国内外桥上无缝线路设计的比较,1、伸缩力,扣件阻力的取值按中国规范规定为8 kN/m， 按德国规范规定取为15kN/m,梁的当量温差取值德国规范规定取30 ， 我国规范规定取1520,三、国内外桥上无缝线路设计的比较,2、断轨力,2004年铁道部颁布的京沪高速铁路设计暂行规定 规定桥梁墩台检算断轨力作为特殊荷载加以考虑， 但德国铁路有关规范对桥梁墩台检算无此项规定。 德国高速铁路不考虑断轨力，应该得益于德国规范 规定的墩台纵向刚度很大，但我国铁路不应仿效， 因为我国规范规定的墩台纵向刚度太小，否则不安全。,三、国内外桥上无缝线路设计的比较,三、国内外桥上无缝线路设计的比较,3、轨道强度和稳定性验算,德国规范规定，无缝线路的温度力Pt一律按钢轨温度的变化幅度t=50计算，并不区分当地历年最大钢轨温度的变化幅度，桥上无缝线路设计以钢轨附加应力c作为检算的控制条件，且不论桥梁结构类型，一律规定不超过92MPa。中国规范规定，无缝线路的温度力Pt，用实际的当地历年最大钢轨温度变化幅度t进行计算，桥上钢轨应力由总的钢轨工作应力控制设计。,三、国内外桥上无缝线路设计的比较,4、调节器的设置,中国铁路对混凝土桥梁无缝线路设置调节器规定以下原则：根据墩台受力检算，能不设钢轨伸缩调节器尽可能不设，为使混凝土连续梁的固定墩受力减小，也可在中跨的跨中设置双向调节器，只当混凝土连续梁的联长很长或条件困难的情况下才在梁的两端分别设置调节器。,三、国内外桥上无缝线路设计的比较,5、小阻力扣件的设置,实际设计在满足轨道和桥梁安全运营的前提下，为减小墩台受力，扣件阻力采用最小值5.0KN/m,最大值10.6KN/m，而德国桥上无缝线路习惯采用大阻力扣件。,四、结束语,我国桥上无缝线路设计采用中国规范规定的方法能确保安全，且更适合我国的地域环境和铁路运输条件，因此建议我国拟建铁路客运专线的桥上无缝线路设计采用中国设计方法，并采用与之配套的小阻力扣件。当前我国建设铁路客运专线，既要借鉴和吸收国外经验，也应充分发挥自己的创造性。,五、参考文献,1 耿传智.橡胶支座桥上无缝线路梁轨相互作用力分析.上海铁道学院学报.1995 2 黎国晴，庄军生，张士臣.高速铁路桥上无缝线路附加力的研究.中国铁道科学.1997 3 徐庆元, 陈秀方, 周小林, 曾志平.桥上无缝线路附加力计算模型研究.长沙铁道学院学报.2003 4 徐庆元. 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.中南大学.2005 5 黄小明, 蔡成标.客运专线大跨度混凝土桥桥上无缝线路纵向附加力分析.铁道建筑.2006 6 唐乐.高速铁路多联大跨连续梁桥上无缝线路纵向附加力规律研究.铁道建筑技术.2011 7 王学政.桥上无缝线路纵向附加力设计系统研究.兰