多联大跨连续梁桥上无缝线路纵向附加力规律研究

总第２５２期　２０１２年第３期　交通科技　Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．２５２　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．３　Ｊｕｎｅ．２０１２　多联大跨连续梁桥上无缝线路纵向附加力规律研究　匿　乐　（中铁第四勘察设计院集团有限公司　武汉４３００６３）　摘要高速铁路多联大跨连续梁日益增多，而该工况下桥上无缝线路设计经验较少，亟须该种　工况下桥上无缝线路纵向附加力变化规律。文中建立了钢轨＿手口件阻力一梁体一墩台一体化空间非　线性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。　关键词　多联大跨连续梁　桥上无缝线路纵向力　在当今的高速铁路建设过程中，为适应不同　应用。　的地形、工况，桥梁形态、种类日益增多，跨度日益　增大，在一些特殊工况下，甚至出现了多联大跨连　１研究模型　续梁，例如渭洛河特大桥桥跨布置为：６×３２　ｍ简　支梁＋７×（４８　ｍ＋４×８０　ｍ＋４８　ｍ）连续梁＋（４０　ｍ＋２×６４　ｍ＋４０　ｍ）连续梁＋６×３２　ｍ简支梁。　一根据桥上无缝线路作用的一般规律，建立了　钢轨一道床阻力（无砟轨道为扣件阻力）一梁体一墩台　体化空间非线性有限元梁轨相互作用模型Ｌ１　］，　用梁单元模拟；扣件利用非线性弹簧单元模拟，　梁体结构采用三维梁单元模拟，墩台纵向水平线　而新的、特殊的桥梁工况，由于其与无缝线路相互　作用机理不明，无缝线路纵向附加力（钢轨伸缩附　加力及挠曲附加力、制动附加力）及墩台承受的纵　考虑到计算便捷、精度等多方面综合因素，钢轨采　向附加力变化规律不清，导致桥上无缝线路设计　及桥梁墩台设计困难，而这些都是直接关系高速　铁路运营安全、经济效益的关键因素。因此，本文　着重研究不同工况下多联大跨连续梁桥上无缝线　路纵向附加力变化规律，以期供实际设计中参考　收稿日期：２ｏ１２－０２—１０　刚度采用线性弹簧单元模拟。模型计算采用　ＡＮＳＹＳ软件求解。为方便使用，采用ＶＣ＋＋编　写，开发具有良好人机交互界面、可视性、交互性　及互动性特点的前后处理系统。　Ｏｐｔｉｍｉｚ￣ｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃａｂｌｅ—ｇｉｒｄｅｒ　Ａｎｃｈｏｒａｇｅ　Ｚｏｎｅ　ｏｆ　Ｍａｘｉｎ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｉｎ　Ｘｉａｍｅｎ　Ｘ　ｅ　Ｘｉａｏｔａｏ，Ｈｂｌａ　Ｂｏ　（Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ　４３００５６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｌｏｃａｌ　ｓｔｒｅｓｓ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｂｌｅ—ｇｉｒｄｅｒ　ａｎｃｈｏｒａｇｅ　ｚｏｎｅ　ｏｆ　ａ　ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｏｆ　ｃａｂｌｅ　ｆｏｒｃｅ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｂｙ　ｍｏｄｅｒｎ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｈｕｇｅ　ｃａ—　ｂｌｅ　ｆｏｒｃｅｓ　ｃａｕｓｅ　ｌａｒｇｅ　ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｃｋ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｏｆ　ｃａｂｌｅ　ｆｏｒｃｅｓ　ｉｓ　ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｄｉａｐｈｒａｇｍｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｅｂｓ　ｏｆ　ｂｏｘ　ｇｉｒｄｅｒ　ｆｉｘｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｎｃｈｏｒ　ｚｏｎｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ；ｃａｂｌｅ—ｇｉｒｄｅｒ　ａｎｃｈｏｒａｇｅ　ｚｏｎｅ；ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ；ｌｏｃａｌ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　２０１２年第３期　唐乐：多联大跨连续梁桥上无缝线路纵向附加力规律研究　ｌ７　２纵向力变化规律研究　线路纵向力在不同阻力值，不同桥跨布置情况下　变化规律。　影响桥上无缝线路纵向力的因素主要有道床　阻力（扣件阻力），桥跨布置及桥梁设计参数，列车　荷载等方面［３　］。在实际设计中，相同跨度的桥梁　设计参数相似，列车荷载对伸缩附加力影响较小，　因此本文着重研究高速铁路多联连续梁桥上无缝　２．１扣件阻力对纵向力的影响规律研究　建立６×３２　ｍ简支梁＋２联（４０　ｍ＋４×６４　ｍ＋　４０　ｍ）连续梁＋６×３２　ｍ简支梁的桥梁孔跨布置　的桥上无缝线路“线一桥一墩”一体化模型，桥梁孔　跨、温度跨度及固定支座布置见图１。　口口日口口　卜　丝　２联（４０ｍ＋４×６４ｍ＋４０ｍ）连续粱　图１桥梁孔跨、温度跨度及固定支座布置图　卜　馨　目前高速铁路无砟轨道采用的扣件类型主要　有ＷＪ一８常阻力及小阻力扣件和Ｖｏｓｓｌｏｈ常阻力　及小阻力扣件，计算４种不同阻力条件下的桥上　无缝线路纵向力及位移，见图２～４。　ｌ　６００　＿Ｒ　３００　５００ｌ　…　１、阻／　蠢－ｏ：ｒ　Ｌ　一　～　～　互１　２００　—ｕｕ　———————　６石——’——　——　——石石石——’——　——’——　石石——　—。　。ｉ　一　Ｒ　８００　４００　姆　壁０　骚一４００　－３种工况下采用不同扣件类型钢轨最大纵向　附加力和连续梁固定墩纵向力及梁轨相对位移对　２００　４００　６００　８００　１　０００　１　２００　８００　０　距离／ｍ　比见表１。　图２不同阻力下钢轨伸缩附加力对比　通过多联大跨连续梁桥上无缝线路纵向附加　力计算结果的对比分析，可得出以下结论：　（１）在多联大跨度连续梁情况下，采用小阻　力扣件可有效地降低钢轨伸缩附加力值及墩台附　加力；梁轨相对位移有所增大，但影响较小。　（２）对于客运专线无砟轨道桥梁而言，由于　梁体抗弯刚度较大，小阻力扣件的铺设对挠曲附　Ｚ　６０　４０　督２０　０　孳一２０　４Ｏ　６０　器０　２００　４００　６００　８００　１　０００　１　２００　距离／ｍ　加力的影响不大，可忽略不计。　图３不同阻力下钢轨挠曲附加力对比　（３）随着扣件阻力的减小，钢轨制动附加力　表１　３种工况计算结构对比　ＷＪ一８Ｂ常阻力　梁轨相对位移　／ｍｍ　０．４００　Ｖｏｓｓｌｏｈ常阻力　Ｖｏｓｓｌｏｈ小阻力　０．３６８　Ｏ．４１９　ＷＪ一８Ｂ小阻力　０．４０６　１８　唐　乐：多联大跨连续梁桥上无缝线路纵向附加力规律研究　２０１２年第３期　逐渐减小，但连续梁固定墩所承受的附加力会逐　渐增大，而且梁轨快速相对位移也有较大程度的　增加。　３研究结论　（１）多联大跨度桥梁上铺设小阻力扣件能有　２．２连续梁联数对伸缩附加力影响规律研究　本节选取６×３２　ｍ简支梁＋７／＂联（４Ｏ　ｍ＋４×　６４　ｍ十４０　ｍ）连续梁＋６×３２　ｍ简支梁（　一２、４、　效地降低钢轨伸缩附加力和制动附加力，减小断　轨的几率，但对钢轨挠曲附加力影响较小，且会增　加列车制动时桥墩承受的制动附加力。并且随着　６、８、１０），由于连续梁联数变化主要影响伸缩附加　力，因此计算分析了这５种工况下桥上无缝线路　纵向伸缩附加力变化规律，见表２。　表２　５种工况钢轨伸缩力对比　ｋＮ　扣件阻力的降低，在制动力作用下梁轨快速相对　位移增加较大，虽然目前国内桥上无缝线路检算　时对梁轨快速位移没有相应的标准，但在多联大　跨度桥梁无缝线路设计中采用小阻力扣件时应慎　重考虑梁轨快速位移的影响。　（２）连续梁单纯的联数增加对无缝线路纵向　力影响较小，并未产生明显纵向力累积效应，影响　无缝线路纵向力的主要因素是温度跨度，因此在　多联大跨连续梁桥上无缝线路设计中应着重考虑　桥跨固定支座的布置位置，尽量使温度跨度总体　由表２可见，在温度跨度保持不变的情况下　分布均匀，从而减少伸缩调节器的布置。　参考文献　（３３６　ｍ），连续梁联数增加对钢轨伸缩附加力　基本没有影响，多联大跨连续梁桥上无缝线路　钢轨伸缩附加力主要取决于桥梁的温度跨度，　而与桥梁联数关系不大，但是联数增加势必造成　多个大的温度跨度的出现，可能造成钢轨伸缩　调节器数量增加。因此，多联大跨度连续梁桥无　缝线路设计时应通过合理布置固定支座来控制桥　梁温度跨度的分配，以达到尽量少设钢轨伸缩调　节器的目的。　［１］李秋义，孙　立．桥墩温差荷载引起的桥上无缝线　路钢轨附加力［Ｊ］．中国铁道科学，２００７（７）：５０—５４．　［２］唐乐．连续梁桥上无缝线路伸缩附加力计算研究　［Ｊ］．铁道科学与工程学报，２００５（４）：３５—３９．　Ｅ３］广钟岩，高慧安．铁路无缝线路［Ｍ］．北京：中国铁道　出版社，２００５．　［４］卢耀荣．无缝线路研究与应用［Ｍ］．北京：中国铁道　出版社。２００４．　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ　Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　Ｆｏｒｃｅ　Ｒｕｌｅ　ｏｆ　ＣＷＲ　ｏｎ　Ｍｕｌｔｉ—ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｂｅａｍｓ　Ｔａｎｇ　Ｌｅ　（Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｉｙｕａｎ　Ｓｕｒｖｅｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ　４３００６３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｕｌｔｉ—ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｅａｍｓ　ａｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ　ｅｍｅｒｇｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｒａｉｌｗａｙ，ｂｕｔ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉ—　ｅｎｃｅ　ｏｆ　ＣＷＲ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｎ　ｔｈｅｓｅ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｌｅｓｓ，ｉｔ　ｉｓ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｒｕｌｅ　ｏｆ　ＣＷＲ　ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｆｏｒｃｅ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｔｈｅ“Ｒａｉｌ—Ｆａｓｔｅｎｅｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ—Ｂｅａｍ－Ｐｉｅｒ”ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｔｒｉｄｉ—　ｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｍｏｄｅｌ，ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔ　ｅｄ　ｂｙ　Ａｎｓｙｓ　ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｆｏｒｃｅ　ｆｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｆａｓｔｅｎｅｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ａｎｄ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｅａｍ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｔ　ｌａｓｔ，ｔｈｅ　ｌａｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｆｏｒｃｅ　ｉｓ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉ—ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｅａｍｓ；ＣＷＲ；ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｆｏｒｃｅ