高速鐵路大跨度鋼桁拱橋梁軌相互作用研究.pdf

1、高速鐵路大跨度橋梁溫度跨度大、活載作用下梁端轉(zhuǎn)角大，且常承載多線鐵路，橋梁與軌道因非線性約束的作用構(gòu)成相互耦合相互制約的力學(xué)平衡體系，梁軌間相互作用是大跨度橋梁與無縫線路設(shè)計(jì)及安全使用的重要控制因素之一。本文以高速鐵路線上的大跨度鋼桁拱橋?yàn)檠芯繉ο?，基于大跨度橋梁與軌道結(jié)構(gòu)的非線性空間分析理論，建立了反映線路阻力非線性特性的梁軌一體化空間耦合模型，編制開發(fā)了計(jì)算模塊，考慮了梁軌體系內(nèi)加載歷史的影響，對該類橋梁在溫度、活載、地震激勵(lì)等多場

2、耦合作用下的梁軌相互作用特性和橋上無縫線路軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及鋼軌斷裂進(jìn)行了研究。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)基于無縫線路縱向阻力的時(shí)變特性，推導(dǎo)了縱向阻力的迭代公式，改進(jìn)了梁軌間縱向阻力的模擬方式，提出了實(shí)現(xiàn)線路阻力在無載、有載工況間自由轉(zhuǎn)換的“阻力差值法”，該方法能考慮加載歷史對梁軌非保守系統(tǒng)的影響，可對溫度滯回、列車過橋、列車橋上制動(dòng)等過程進(jìn)行全歷程分析。
　　(2)建立了軌道-橋面板-縱橫梁-主桁架-墩臺(tái)-基礎(chǔ)一

3、體化的鋼桁拱橋梁軌系統(tǒng)空間耦合模型，采用改進(jìn)的“重疊非線性桿單元”模擬梁軌間縱向阻力，選用考慮卸載的理想彈塑性阻力模型來計(jì)入加載歷史的影響，模擬了線路的縱、橫向阻力及豎向剛度，該模型能更準(zhǔn)確地反映軌道、橋面、縱橫梁、主桁架、支座、橋墩、樁基等各組成間的關(guān)系，可模擬單線行車、多線行車等不同工況，可同時(shí)對梁軌間縱向附加力與橋上軌道穩(wěn)定性進(jìn)行分析。通過與相關(guān)文獻(xiàn)算例進(jìn)行對比，驗(yàn)證了本文模型的可靠性。
　　(3)研究了鋼桁拱橋梁軌間各項(xiàng)縱

4、向附加力的特征及分布規(guī)律，對考慮加載歷史的多荷載耦合非線性分析與線性疊加結(jié)果進(jìn)行了對比性分析，探討了溫度組合工況、行車方向、活載模式、列車編組、制動(dòng)力率、線路阻力、墩臺(tái)剛度、臨跨橋梁布置、活動(dòng)支座摩擦力等敏感因素對梁軌縱向力的影響，闡述了鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器、軌道結(jié)構(gòu)型式、橋墩上鎖定阻尼裝置及橋面系型式對無縫線路縱向力的削減機(jī)理及優(yōu)選布置方案。
　　(4)以軌道初始水平不平順與高低不平順的耦合為初始條件，對大跨度鋼桁拱橋橋上無縫線路的軌

5、道穩(wěn)定性及鋼軌斷裂力傳遞進(jìn)行了研究，對比研究了考慮梁軌相互作用與否時(shí)軌道的失穩(wěn)狀態(tài)，探討了鋼軌類型、道床橫向阻力、線路豎向剛度及初始不平順矢度等敏感性因素對橋上軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，同時(shí)對鋼軌瞬態(tài)斷裂過程進(jìn)行了全歷程追蹤，對靜態(tài)、動(dòng)態(tài)斷軌力進(jìn)行了比較。
　　(5)采用改進(jìn)的Penzien模型模擬樁土效應(yīng)，編制了人工地震波生成程序，分析了考慮軌道約束與否對大跨度鋼桁拱橋梁軌系統(tǒng)自振特性的影響，總結(jié)了不同地震動(dòng)輸入模式下（包括地震波頻