大跨度上承式钢管混凝土提篮拱桥桥上无缝线路计算分析

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1、·线路／路基·大跨度上承式钢管混凝土提篮拱桥桥上无缝线路计算分析魏贤奎，王平(西南交通大学土木工程学院，成都610031)摘要：目前铁路建设中出现了多种形式的特殊桥型，它们超(5)梁体建模时刚度取梁截面水平轴刚度；出了我国各种规范和暂规所涵盖的范围。运用梁轨相互作用(6)线路阻力按非线性考虑，计算段墩台刚度取基本原理。笔者提出了铁路大跨度上承式钢管混凝土提篮拱桥为线性值；桥上无缝线路计算的简化算法。以某新建双线上承式提篮拱(7)模型为单轨单梁形式，计算双线桥时将截面桥为例，运用简化算法建立有限元模型对不同工况下桥上无缝刚度取为

2、实际值的一半。线路计算分析，分析表明：上承式提篮拱桥桥上无缝线路计算分析可知桥梁和轨道大系统的结构特点：轨道结中，拱圈温度差对钢轨伸缩力有很大的影响，挠曲力的分布规构通过扣件道床系统和梁体上缘发生相互作用；梁体律和数值较常规桥梁有较大的差别。文章中的计算分析方法和结果可用于指导铁路特殊桥型桥上无缝线路设计。的支座与梁体下缘连接传递纵向力和竖向力；提篮拱关键词：钢管混凝土；提篮拱桥；无缝线路；计算分析拱肋上立柱墩与拱肋上缘联结。基于大型有限元分析中图分类号：U2l3．9文献标识码：A软件ANSYS进行有限元建模时，拱肋单元、墩台

3、单元文章编号：1004—2954(2010)ll一0001—03及梁体单元可选用二维弹性锥状非对称梁BEAM54单元模拟。BEAM54单元为单轴且能承受拉钢管混凝土拱桥在我国发展已有近20年的历史，压与弯曲，每个节点上有3个自由度：沿和Y轴的位由于它所使用的钢管混凝土组合材料结合了钢材和混移和绕z轴的转动。单元允许具有不对称的端面结凝土2种不同性质材料的优点，使得结构承载力有了构，并且允许端面节点偏离截面形心位置(图1)。很大的提高¨。拱肋采用提篮形式加大了桥梁结构横向刚度，提高了结构的稳定性，因而大跨度钢管混凝①土提篮拱桥很

4、有发展前景。然而，目前建成的铁路大跨度钢管混凝土提篮拱桥很少，实际应用经验很缺?旨乏，因此有必要对其进行研究。．(菩y1计算模型～图1BEAM54单元研究铁路大跨度提篮拱桥桥上无缝线路纵向受力的关键在于：合理的计算假定和有限单元的选取、正确依据上述计算假定和单元选取，所建力学模型能的截面简化以及准确的挠曲力计算求解方法。够较为接近实际的结构，基于有限元法建立线桥墩空1．1计算假定及单元选取间一体化计算模型如图2所示。提篮拱较平行拱的优势在于横向刚度的大幅度提线路纵向阻力钢轨高，在竖向刚度上相差并不大；对桥上无缝线路纵向受力起决

5、定性因素是拱圈结构的竖向刚度。基于以上两点作如下假定：(1)拱脚与基础连接为全约束，不考虑基础位移；(2)拱圈建模不考虑横向刚度，只考虑竖向刚度；图2线桥墩空间一体化计鼻模型(3)拱肋上墩台建模只考虑纵向刚度，即垂直于线路方向的截面刚度；1．2截面简化计算(4)拱肋上墩台底端与拱肋的联结视为固结；钢管混凝土截面采用等效截面，其等效方法按《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS28：90)中收稿日期：2010—05—06的条款采用⋯，即：基金项目：国家自然科学基金科学部主任基金(50848015)，2008年铁道部科学技术司技

6、术研究项目(2008G031-I)『EA：EA。+EA。作者简介：魏贤奎(1986一)，男，博士研究生，2009年毕业于西南交通大学，工学学士，E—mail：kzfr1986@126．com。EI=EcI+IAges铁道标准设计儿WAYSTANDARDDESIGN2010(“)1线路／路基·魏贤奎，王平一大跨度上承式钢管混凝土提篮拱桥桥上无缝线路计算分析·式中，和E，分别为钢管混凝土截面的等效轴向刚减小边界条件的影响，按实际桥梁布置情况，两边各取度和对其等效重心轴的抗弯刚度；EA和E，分别为6跨作为计算段。钢管内混凝土的轴向刚

7、度和对其重心轴的抗弯刚度；EA和E，分别为钢管的轴向刚度和对其重心轴的抗弯刚度。1．3挠曲力求解方法与路基上铺设无缝线路不同的是，在桥上铺设无缝线路要充分的考虑线路与桥梁的相互作用，严格的(b)桥梁俯视控制轨道与桥梁的相互作用的附加力，挠曲力是诸多图4桥梁结构附加力中的一种，它是因列车荷载梁的挠曲而引起的钢轨附加力。挠曲力的计算往往较为复杂，通常需2．3纵向力计算借助桥梁专业软件计算梁拱共同受力时的变形，再进2．3．1伸缩力计算行梁轨相互作用分析来求解。在现有规范中，只规定了常规桥梁梁体温度差的笔者提出并运用了挠曲力计算的新方

8、法：利用有取值，没有涉及特殊桥型温度差的取值。本文计算伸限元分析软件ANSYS中BEAM54单元允许端面节点缩力时，分别考虑拱圈温度差和不考虑拱圈温度差两偏离截面形心位置这一特点，建模时直接用实际梁截种工况，混凝土有砟梁温度差取为±15oC，在考虑拱面的上下缘节点作为单元节点