《鐵路規(guī)劃與設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

1、橋上無(wú)縫線路附加 縱向力的研究,學(xué)號(hào)：134812237,姓名：甘成飛,目錄,一、橋上無(wú)縫線路概述,二、橋上無(wú)縫線路國(guó)內(nèi)外研究的狀況,三、國(guó)內(nèi)外橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)的比較,四、結(jié)束語(yǔ),五、參考文獻(xiàn),一、橋上無(wú)線線路概述,1、基本概念,無(wú)縫線路也叫長(zhǎng)鋼軌線路。就是 把若干根標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的鋼軌經(jīng)焊接成為 10002000m而鋪設(shè)的鐵路線路。 通常是在焊軌廠將無(wú)孔標(biāo)準(zhǔn)軌焊 接成200500m的軌條，再運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng) 就地焊接后鋪設(shè)。,一、橋上無(wú)線線路概述,2、無(wú)縫線路的基本特點(diǎn),與普通線路相比，無(wú)縫線路在其長(zhǎng)鋼軌段內(nèi) 消滅了軌縫，從而消除了車輪對(duì)鋼軌接頭的沖擊， 使得列車運(yùn)行平穩(wěn)，旅客舒適，延長(zhǎng)了線路設(shè)備 和機(jī)車

2、車輛的使用壽命，減少了線路養(yǎng)護(hù)維修工 作量，并能適應(yīng)高速行車的要求，是軌道現(xiàn)代化 的發(fā)展方向。,一、橋上無(wú)線線路概述,3、無(wú)縫線路穩(wěn)定,無(wú)縫線路作為一種新型軌道結(jié)構(gòu)，其最大特點(diǎn)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(dòng)力或人工作業(yè)等干擾下，軌 道彎曲變形有時(shí)會(huì)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(yán)重危及行車安全。 無(wú)縫線路穩(wěn)定性計(jì)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(xué)條件及主要影響因素 的作用，計(jì)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(duì)無(wú)縫線路的設(shè)計(jì)，鋪設(shè)及養(yǎng)護(hù)維修具有重 要的理論和實(shí)踐意義。,二

3、、國(guó)內(nèi)外研究的狀況,1、國(guó)內(nèi)橋上無(wú)縫線路附加縱向力的研究發(fā)展,橋上無(wú)縫線路是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如果要通過(guò)某種方法對(duì)其進(jìn)行精確的分析和計(jì)算是比較困難的，因此需要建立一種合理計(jì)算模型來(lái)模擬分析。 大量的理論研究會(huì)和鐵路實(shí)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(chǔ)進(jìn)行橋上無(wú)縫線路縱向附加力的計(jì)算式可行的，而且計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試的數(shù)據(jù)比較溫和。因此在進(jìn)行橋上無(wú)縫線路的理論分析和工程設(shè)計(jì)時(shí)基本上都是建立在梁軌相互作用原理基礎(chǔ)之上的。,二、國(guó)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(wú)縫線路,并對(duì)其進(jìn)行了理論分析和研究

4、,得出了橋上無(wú)縫線路伸縮附加力、撓曲附加力等的計(jì)算方法為橋上無(wú)縫線路的理論研究和工程設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。,多跨橡膠支座簡(jiǎn)支梁,二、國(guó)內(nèi)外研究的狀況,1997年,黎國(guó)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(jì)算模型,將橋梁基礎(chǔ)、墩臺(tái)支座與上部軌道結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體進(jìn)行考慮,對(duì)橋上無(wú)縫線路的各項(xiàng) 縱向附加力進(jìn)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(xué)計(jì)算模型來(lái)計(jì)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(xué)模型,二、國(guó)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(wú)縫線路附加力計(jì)算力學(xué)模型, 給出了算例, 對(duì)不同扣件縱向阻力工況下計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比. 結(jié)果表明: 扣件阻力明顯影響鋼軌及墩臺(tái)附加力的變化, 扣件阻力較小時(shí), 作用在墩臺(tái)上及鋼軌上的附加力變化較快, 扣件阻力較大時(shí), 變化較慢; 墩臺(tái)剛度不同, 則作用在墩臺(tái)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(guó)內(nèi)外研究的狀況,二、國(guó)內(nèi)外研究的狀況,2005年,中南大學(xué)徐慶元在吸取前人研究成果的基礎(chǔ)之上,對(duì)平面力學(xué)模型與梁軌相互作用三維有限元空間力學(xué)計(jì)算模型進(jìn)行了縱向力分析比較,認(rèn)為平面力學(xué)模型不能夠較好地反映高速鐵路橋梁、

6、壤臺(tái)以及荷載所具有的空間力學(xué)特性,空間力學(xué)模型更適用于各種工況附加力的計(jì)算。 2006年,中南大學(xué)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(xué)模型,對(duì)梁軌相互作用機(jī)理進(jìn)行了研究,并通過(guò)單雙線兩個(gè)不同的 橋梁實(shí)例進(jìn)行了計(jì)算驗(yàn)證,結(jié)算結(jié)果表明列車在雙線對(duì)開(kāi)時(shí)鋼軌燒曲力明顯變大;單線制動(dòng)時(shí)四根鋼軌的制動(dòng)附加力明顯不同。,梁、軌縱向相互作用空間梁?jiǎn)卧Ｐ?有限元空間力學(xué)模型總體圖,二、國(guó)內(nèi)外研究的狀況,二、國(guó)內(nèi)外研究的狀況,2006年，黃小明, 蔡成標(biāo)將橋上及橋梁兩端路基上的軌道、橋梁及其墩臺(tái)作為一個(gè)整體結(jié)構(gòu), 建立了橋上無(wú)縫線路縱向附加力計(jì)算的全橋有限元模型, 應(yīng)用自

7、編的計(jì)算程序, 針對(duì)鄭西客運(yùn)專線兩座大跨度橋橋上無(wú)縫線路溫度附加力、撓曲附加力、制動(dòng)附加力進(jìn)行了計(jì)算分析。結(jié)果表明全橋有限元模型及計(jì)算程序可以很方便地分析各種混凝土橋橋上無(wú)縫線路的附加力, 有較強(qiáng)的通用性和易用性, 計(jì)算結(jié)果可用于橋上無(wú)縫線路設(shè) 計(jì)的檢算。,連續(xù)梁橋橋上無(wú)縫線路附加力的全橋有限元模型,二、國(guó)內(nèi)外研究的狀況,二、國(guó)內(nèi)外研究的狀況,2011年，唐樂(lè)建立了鋼軌扣件阻力梁體墩臺(tái)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(jìn)行求解，計(jì)算分析了不同扣件阻力及不同橋跨布置工況下橋上無(wú)縫線路縱向附加力，并總結(jié)出縱向附加力變化規(guī)律，對(duì)多聯(lián)大跨連續(xù)梁橋無(wú)縫線路及橋墩設(shè)計(jì)有直接指

8、導(dǎo)作用。,2、國(guó)外橋上無(wú)縫線路附加縱向力的研究發(fā)展,二、國(guó)內(nèi)外研究的狀況,日本,日本在60年代初期就開(kāi)始了對(duì)橋上無(wú)縫線路上鋼軌伸縮附加力研究,在鋼橋上進(jìn)行無(wú)縫線路鋪設(shè)時(shí),根據(jù)橋梁長(zhǎng)度的不同來(lái)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(jìn)行橋梁壤臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了縱向附加力的影響,他們還認(rèn)為在不同形式和不同結(jié)構(gòu)的橋上,應(yīng)根據(jù)不同的軌道結(jié)構(gòu)采用與之對(duì)應(yīng)的縱向附加力計(jì)算方法。,德國(guó),德國(guó)在高速鐵路方面的發(fā)展是相對(duì)比較早的,為了適應(yīng)列車高速運(yùn)行的需要,規(guī)定在鐵路橋上不得設(shè)置有鋼軌接頭,否則橋梁的長(zhǎng)度就要縮短到30m以下。并且聯(lián)邦德國(guó)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(guó)、奧地利等其

9、他國(guó)家所采用。另外德國(guó)對(duì)于橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)的計(jì)算參數(shù)以及鋪設(shè)條件進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定,比如軌道阻力參數(shù)在夏季和冬季是不同的;對(duì)橋上設(shè)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(jì)算時(shí)要考慮墩臺(tái)以及基礎(chǔ)剛度的影響等等。,二、國(guó)內(nèi)外研究的狀況,二、國(guó)內(nèi)外研究的狀況,美國(guó)和前蘇聯(lián),美國(guó)和前蘇聯(lián)對(duì)橋上鋪設(shè)無(wú)縫線路也作出了相關(guān)規(guī)定,美國(guó)對(duì)于跨度較大和長(zhǎng)度較長(zhǎng)的橋梁在鋪設(shè)無(wú)縫線路時(shí)要在活動(dòng)端設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器;橋上的無(wú)縫線路鋼軌要設(shè)置彈簧防爬器。前蘇聯(lián)鐵路部門則規(guī)定,鋪設(shè)在跨度大于33m橋上的無(wú)縫線路要使用K型扣件,對(duì)于單跨和多跨橋梁長(zhǎng)度超過(guò)55m和66m的無(wú)縫線路要按照相關(guān)規(guī)定予以辦理。,三、國(guó)內(nèi)外橋上

10、無(wú)縫線路設(shè)計(jì)的比較,中國(guó)2004年鐵道部頒布的京滬高速鐵路設(shè)計(jì)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(jiǎn)支梁分別 為300、400和700 kN/cm)，并規(guī)定無(wú)砟軌道縱向阻力為78 kN/m， 遠(yuǎn)小于德國(guó)DS899/59和804規(guī)范所規(guī)定的墩臺(tái)縱向剛度和扣件縱向 阻力（德國(guó)規(guī)范規(guī)定，多于4孔的最大單跨長(zhǎng)度為30 m的橋梁，墩 臺(tái)縱向剛度K1 000 kN/cm，每線無(wú)載扣件阻力采用30 kN/m， 有載扣件阻力采用60 kN/m，）。兩國(guó)鐵路規(guī)范不同的規(guī)定體現(xiàn) 不同設(shè)計(jì)理念，我國(guó)是采取減小橋梁和軌道的縱向力，以保證橋 上無(wú)縫線路的安全，而德國(guó)是采取增大墩臺(tái)縱向

11、剛度和扣件縱向阻 力，保證鋪設(shè)無(wú)縫線路的安全。,三、國(guó)內(nèi)外橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)的比較,1、伸縮力,扣件阻力的取值按中國(guó)規(guī)范規(guī)定為8 kN/m， 按德國(guó)規(guī)范規(guī)定取為15kN/m,梁的當(dāng)量溫差取值德國(guó)規(guī)范規(guī)定取30 ， 我國(guó)規(guī)范規(guī)定取1520,三、國(guó)內(nèi)外橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)的比較,2、斷軌力,2004年鐵道部頒布的京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定 規(guī)定橋梁墩臺(tái)檢算斷軌力作為特殊荷載加以考慮， 但德國(guó)鐵路有關(guān)規(guī)范對(duì)橋梁墩臺(tái)檢算無(wú)此項(xiàng)規(guī)定。 德國(guó)高速鐵路不考慮斷軌力，應(yīng)該得益于德國(guó)規(guī)范 規(guī)定的墩臺(tái)縱向剛度很大，但我國(guó)鐵路不應(yīng)仿效， 因?yàn)槲覈?guó)規(guī)范規(guī)定的墩臺(tái)縱向剛度太小，否則不安全。,三、國(guó)內(nèi)外橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)的比較,三

12、、國(guó)內(nèi)外橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)的比較,3、軌道強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算,德國(guó)規(guī)范規(guī)定，無(wú)縫線路的溫度力Pt一律按鋼軌溫度的變化幅度t=50計(jì)算，并不區(qū)分當(dāng)?shù)貧v年最大鋼軌溫度的變化幅度，橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)以鋼軌附加應(yīng)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(guò)92MPa。中國(guó)規(guī)范規(guī)定，無(wú)縫線路的溫度力Pt，用實(shí)際的當(dāng)?shù)貧v年最大鋼軌溫度變化幅度t進(jìn)行計(jì)算，橋上鋼軌應(yīng)力由總的鋼軌工作應(yīng)力控制設(shè)計(jì)。,三、國(guó)內(nèi)外橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)的比較,4、調(diào)節(jié)器的設(shè)置,中國(guó)鐵路對(duì)混凝土橋梁無(wú)縫線路設(shè)置調(diào)節(jié)器規(guī)定以下原則：根據(jù)墩臺(tái)受力檢算，能不設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器盡可能不設(shè)，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(shè)

13、置雙向調(diào)節(jié)器，只當(dāng)混凝土連續(xù)梁的聯(lián)長(zhǎng)很長(zhǎng)或條件困難的情況下才在梁的兩端分別設(shè)置調(diào)節(jié)器。,三、國(guó)內(nèi)外橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)的比較,5、小阻力扣件的設(shè)置,實(shí)際設(shè)計(jì)在滿足軌道和橋梁安全運(yùn)營(yíng)的前提下，為減小墩臺(tái)受力，扣件阻力采用最小值5.0KN/m,最大值10.6KN/m，而德國(guó)橋上無(wú)縫線路習(xí)慣采用大阻力扣件。,四、結(jié)束語(yǔ),我國(guó)橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)采用中國(guó)規(guī)范規(guī)定的方法能確保安全，且更適合我國(guó)的地域環(huán)境和鐵路運(yùn)輸條件，因此建議我國(guó)擬建鐵路客運(yùn)專線的橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)采用中國(guó)設(shè)計(jì)方法，并采用與之配套的小阻力扣件。當(dāng)前我國(guó)建設(shè)鐵路客運(yùn)專線，既要借鑒和吸收國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，也應(yīng)充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造性。,五、參考文獻(xiàn),1 耿傳智.橡膠支座橋上無(wú)縫線路梁軌相互作用力分析.上海鐵道學(xué)院學(xué)報(bào).1995 2 黎國(guó)晴，莊軍生，張士臣.高速鐵路橋上無(wú)縫線路附加力的研究.中國(guó)鐵道科學(xué).1997 3 徐慶元, 陳秀方, 周小林, 曾志平.橋上無(wú)縫線路附加力計(jì)算模型研究.長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào).2003 4 徐慶元. 高速鐵路橋上無(wú)縫線路縱向附加力三維有限元靜力與動(dòng)力分析研究.中南大學(xué).2005 5 黃小明, 蔡成標(biāo).客運(yùn)專線大跨度混凝土橋橋上無(wú)縫線路縱向附加力分析.鐵道建筑.2006 6 唐樂(lè).高速鐵路多聯(lián)大跨連續(xù)梁橋上無(wú)縫線路縱向附加力規(guī)律研究.鐵道建筑技術(shù).2011 7 王學(xué)政.橋