桥上纵连板式无砟轨道无缝线路力学性能分析.pdf

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1、第32卷，第6期中国铁道科学Vo1．32No．62011年11月CHINARAILWAYSCIENCENovember，2011文章编号：1001—4632(2011)06—0028—06桥上纵连板式无砟轨道无缝线路力学性能分析蔡小培，高亮，孙汉武，曲村(1．北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044；2．铁道部安全监察司，北京100844)摘要：基于有限元法，考虑钢轨、无砟道床、滑动层、桥梁等结构的相互作用关系，建立桥上纵连板式无砟轨道无缝线路纵一横一垂向空间耦合模型，进行滑动层摩擦系数、扣件纵向阻力、无砟道床伸缩刚度等对桥上纵连板式无砟轨道无缝

2、线路的受力和变形影响规律的研究。结果表明：滑动层减弱了桥梁、轨道间的相互作用，当滑动层摩擦系数为0．140．5时，无缝线路伸缩力仅为22．821～55．361kN，远小于一般桥上无缝线路结构；滑动层摩擦系数越小越有利于轨道和桥梁结构的安全使用；底座板／轨道板的伸缩刚度减小会明显增大部分轨道和桥梁的受力，伸缩刚度折减至1O时，伸缩力会增大近6倍，因此应该注意控制底座板和轨道板的开裂现象；扣件的纵向阻力变化对轨道和桥梁结构的受力和变形几乎没有影响，但为了防止钢轨爬行或断缝值超限，扣件阻力不宜太小。关键词：无砟轨道；无缝线路；长大桥梁；纵连板；滑动层摩擦系数

3、；扣件纵向阻力；伸缩力中图分类号：U213．244；U213．912；U448．13文献标识码：A我国高速铁路采用跨区间无缝线路技术，且具缩力、无砟轨道应力、桥墩受力、钢轨与轨道板相有长大桥梁多、以无砟轨道为主的特点_1]。桥上铺对位移、桥梁与无砟轨道的相对位移等进行计算和设纵连板式无砟轨道结构E2-5]后，无砟轨道跨越梁分析，研究桥上纵连板式无砟轨道无缝线路的受力缝纵连，无砟轨道和桥梁间采用“两布一膜”滑动和变形规律。层，其梁轨相互作用机理十分复杂。虽然无砟轨道和桥上无缝线路的研究已经取得很多成果，但对于1模型的建立桥上纵连板式无砟轨道无缝线路这种新

4、的结构，国内外实际铺设经验均较少，相关的研究也较为缺高速铁路桥上纵连板式无砟轨道无缝线路除钢乏。高速铁路桥上纵连板式无砟轨道无缝线路集中轨、轨道板、底座板、摩擦板、端刺、桥梁等结构了长大桥梁、纵连板式无砟轨道和无缝线路等多种外，还包括扣件、砂浆层、滑动层、固结机构等传技术难点，诸多关键参数的影响规律尚不明确。本力细部结构，建模时均需考虑在内。本文以3×32文在已有研究的基础上_6。，建立高速铁路桥上纵m简支梁+(6O+100+60)m连续梁+3×32m连板式无砟轨道无缝线路纵一横一垂向空间耦合模简支梁的双线桥为例进行分析，力学模型示意图如型，考虑滑动层

5、摩擦系数、扣件纵向阻力、底座图1所示。板／轨道板伸缩刚度等设计因素的影响，对钢轨伸基于大型有限元软件ANSYS建立桥上纵连板凳{摩哂擦板刁lI32m—梁dll32m—梁all32m—粱dll(60+100+60)m连续梁l32m梁ll32m粱lI32m梁l摩擦板囊uuu·崎d—d—I’端。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯古血赢一一一一一一’小l端。l大端刺图1桥上纵连板式无砟轨道无缝线路力学模型示意图收稿日期：2Oll一04一lO；修订日期：2Oll一09—12基金项目：铁道部科技研究开发计划项目(2OlOGOOl—D)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2OO9

6、JBZO14)作者简介：蔡小培(1982一)，男，江苏徐州人，讲师，博士。第6期桥上纵连板式无砟轨道无缝线路力学性能分析29式无砟轨道无缝线路空间耦合模型。钢轨选用空间梁单元模拟，按实际截面进行建模，以支承节点划分单元，并考虑纵、横、垂向位移及转角。扣件采用非线性弹簧单元模拟。轨道板、底座板和摩擦板采用实体单元模拟，考虑各种板的几何尺寸和物理属性。砂浆层采用非线性弹簧单元模拟，并考虑砂浆层的纵横向阻力和垂向刚度。桥梁梁体采用实体单元模拟，并考虑混凝土箱梁结构的截面特性。桥梁墩台采用线性弹簧单元模拟。固定支座完全阻止桥梁墩顶的伸缩，不考虑活动支座的摩擦阻

7、力。底座板和桥梁、底座板和摩擦板间设置滑动层，摩擦荷载／MN阻力等于其上单位长度自重乘以摩擦系数，采用非图2端刺纵向位移一荷载关系曲线线性弹簧单元模拟，并考虑滑动层的纵横向阻力和垂向刚度。桥梁在固定支座上方与底座板之间设置剪力齿槽作为固结机构相互连接，固结机构采用线性弹簧单元模拟。摩擦板下小端刺和大端刺与路基土体之间的纵向力一位移曲线根据相关试验确定。端刺结构阻力采用非线性弹簧单元模拟，并考虑路基土体对端刺结构的约束作用。模型中，选用60kg·m钢轨；扣件的纵向阻力取9．0kN·组一，最大横向阻力取50kN，垂向刚度取35kN·mm～。轨道板宽2550

8、mm，图3桥上纵连板式无砟轨道无缝线路空间耦合有限元模厚200mm，长6500mm，混凝土标号