多線鐵路拱加勁連續(xù)梁橋上無縫線路梁格模型

于向東++吳志花++閆斌 ?k??

摘要：以新建鐵路成都至蘭州線上某（36+112+36） m雙線拱加勁連續(xù)梁橋為背景，采用理想彈塑性道床阻力模型，建立軌梁墩一體化的傳統(tǒng)平面模型和空間梁格模型，對比分析2種計算模型中拱加勁連續(xù)梁橋上鋼軌縱向附加力的分布規(guī)律.研究表明：梁格模型與平面模型計算所得的線路縱向力變化規(guī)律基本一致，但平面模型的計算結(jié)果偏于保守；平面模型無法準(zhǔn)確反映不對稱加載時多線軌道的空間受力特性；對于大跨度多線鐵路橋而言，宜采用空間梁格模型對其上無縫線路進(jìn)行檢算.

關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu)；鐵路橋梁；有限元分析；無縫線路；梁格法

中圖分類號：U213.912 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

拱加勁連續(xù)梁橋具有跨越能力大、結(jié)構(gòu)剛度強(qiáng)、造型美觀等優(yōu)點，且有效降低了上部結(jié)構(gòu)對墩和基礎(chǔ)剛度的要求，在我國高速鐵路建設(shè)中的應(yīng)用日益廣泛.拱加勁連續(xù)梁橋空間性比較強(qiáng)，橋上常鋪設(shè)多線軌道，其橋梁和軌道結(jié)構(gòu)的受力情況較為復(fù)雜.

目前對拱加勁連續(xù)梁橋上無縫線路縱向力的相關(guān)研究相對較少，且研究所用模型多為平面模型.平面模型無法考慮梁體的橫向變形和活載的空間分布特性，僅適用于寬跨比不大的單線窄箱梁橋，采用平面模型研究多線拱加勁連續(xù)梁橋上無縫線路受力規(guī)律，其適用性仍有待商榷.

與平面模型相比，梁格模型更能體現(xiàn)多線拱加勁連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)及荷載布置的空間性，相對于實體模型也更加簡便快捷.

本文基于梁格法，采用通用有限元分析軟件建立某（36+112+36） m拱加勁連續(xù)梁橋的空間梁格模型，與傳統(tǒng)的平面桿系模型計算結(jié)果進(jìn)行對比.探討拱加勁連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)及荷載的空間特性對橋上軌道結(jié)構(gòu)縱向力分布規(guī)律的影響.

4結(jié)論

1） 本文所建立的拱加勁連續(xù)梁橋與雙線軌道相互作用的梁格模型比平面模型更精細(xì)，比實體模型更簡潔，能夠準(zhǔn)確反映橋上無縫線路受力的空間特性，具有較強(qiáng)的適用性.

2） 梁格模型和平面模型中鋼軌伸縮應(yīng)力和斷軌應(yīng)力的變化規(guī)律基本一致，但平面模型計算結(jié)果偏大.平面模型計算所得的最大伸縮壓應(yīng)力比梁格模型偏大約10.5%；平面模型中鋼軌在一側(cè)梁端斷開引起的另一側(cè)梁端處鋼軌應(yīng)力比梁格模型計算結(jié)果偏大約41.4%.

3） 平面模型和梁格模型中鋼軌撓曲應(yīng)力分布規(guī)律基本一致，但平面模型最大值比梁格模型偏大約50.1%.

4） 雙線對向制動工況下，平面模型制動應(yīng)力基本為零，梁格模型制動應(yīng)力有多處峰值，平面模型無法準(zhǔn)確模擬雙線對向制動工況.

5） 單線行駛時，梁格模型有載線鋼軌制動應(yīng)力變化趨勢比無載線復(fù)雜，制動壓應(yīng)力均在梁端達(dá)到峰值，但有載線是無載線的1.4倍.平面模型與梁格模型有載線鋼軌制動應(yīng)力變化規(guī)律一致，但數(shù)值上遠(yuǎn)大于梁格模型計算結(jié)果.傳統(tǒng)的平面模型無法準(zhǔn)確反映橋上多線軌道的受力情況.

6） 對于活載作用下大跨度多線鐵路橋上無縫線路縱向力分析，建議采用本文所述的考慮軌道結(jié)構(gòu)的橋梁空間梁格模型.

參考文獻(xiàn)

[1]YU Xiangdong， WU Zhihua. Transverse analysis of boxgirder for continuous beam arch composite railway bridge [J]. Applied Mechanics and Materials， 2013， 405/408： 1531-1537.

[2]易云焜，肖汝誠. 均布荷載作用下梁拱組合橋梁的實用計算 [J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，36（6）： 728-732.

YI Yunkun， XIAO Rucheng. Practical calculation of beamarch association bridge under uniform load [J]. Journal of Tongji University： Natural Science， 2008， 36（6）： 728-732. （In Chinese）

[3]李克銀. 連續(xù)梁橋荷載試驗梁格法分析 [J]. 鐵道工程學(xué)報，2011，153（6）： 25-75.

LI Keyin. Analysis of load tests for continuous girder bridge with grillage theory [J]. Journal of Railway Engineering Society， 2011， 153（6）： 25-75. （In Chinese）

[4]閆斌，戴公連. 考慮加載歷史的高速鐵路梁軌相互作用分析 [J]. 鐵道學(xué)報，2014，36（6）： 75-80.

YAN Bin， DAI Gonglian. Analysis of interaction between continuously welded rail and highspeed railway bridge considering loadhistory [J]. Journal of the China Railway Society， 2014， 36（6）： 75-80. （In Chinese）

[5]于向東，沙嵩，閆斌. 客貨共線大跨度簡支鋼桁梁橋梁軌相互作用 [J]. 湖南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2014，41（6）： 106-111.

YU Xiangdong， SHA Song， YAN Bin. Trackbridge interaction of longspan simply supported steel truss bridge in mixed passenger and freight railway [J]. Journal of Hunan University： Natural Sciences， 2014， 41（6）： 106-111. （In Chinese）

[6]YAN Bin， DAI Gonglian. Seismic pounding and protection measures of simplysupported beams considering interaction between continuously welded rail and bridge [J]. Structural Engineering International， 2013， 23（1）：61-67.

[7]HU Nan， DAI Gonglian， YAN Bin， et al. Recent development of design and construction of medium and long span highspeed railway bridges in China [J]. Engineering Structures， 2014， 74： 233-241.

[8]UIC 7743—2001 Track/bridge interaction recommendations for calculations [S]. Paris： International Union of Railways， 2001： 8-30.

[9]徐慶元，陳秀方，周小林， 等. 橋上無縫線路附加力計算模型研究 [J]. 長沙鐵道學(xué)院學(xué)報，2003，21（3）： 14-18.

XU Qingyuan， CHEN Xiufang， ZHOU Xiaolin， et al. Investigation on mechanics model of additional longitudinal forces transmission between continuously welded rails and bridges[J].Journal of Changsha Railway University， 2003， 21（3）：14-18. （In Chinese）

[10]卜一之. 高速鐵路橋梁縱向力傳遞機(jī)理研究 [D]. 成都：西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，1998： 8-10.

BU Yizhi. Research on the transmission mechanism of longitudinal stress for highspeed railway bridges [D]. Chengdu： College of Civil Engineering， Southwest Jiaotong University， 1998：8-10. （In Chinese）

[11]徐慶元，陳秀方，周小林，等. 高速鐵路橋上無縫線路力學(xué)計算模型對比 [J]. 交通運(yùn)輸工程學(xué)報，2005，5（3）： 19-24.

XU Qingyuan， CHEN Xiufang， ZHOU Xiaolin， et al. Mechanics computation model comparison of continuously welded rails on highspeed railway bridges [J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering， 2005， 5（3）： 19-24. （In Chinese）

[12]SONG M K， NOH H C， CHOI C K. A new threedimensional finite element analysis model of highspeed trainbridge interactions [J]. Engineering Structures， 2003， 25（13）： 1611-1626.

[13]TB 10015-2012鐵路無縫線路設(shè)計規(guī)范 [S]. 北京：中國鐵道出版社，2013：8-17.

TB 10015-2012 Code for design of railway continuously welded rail [S]. Beijing： China Railway Publishing House， 2013： 8-17. （In Chinese）

[14]張學(xué)龍. 小箱梁的梁格劃分及虛擬橫梁剛度分析研究[D]. 西安：長安大學(xué)公路學(xué)院， 2013：8-12.

ZHANG Xuelong. Study and analysis on beam meshing and the virtual beam stiffness of small box girder [D]. Xian：School of Highway， Changan University， 2013： 8-12. （In Chinese）

[15]吳燁. 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)寬箱梁縱橫向分析 [D]. 上海：同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，2009：23-31.

WU Ye. Longitudinal and transverse analysis for prestressed concrete continuous beam bridges [D]. Shanghai： College of Civil Engineering， Tongji University， 2009： 23-31. （In Chinese）