高速鐵路長(zhǎng)大橋梁crs型雙塊式無(wú)軌道無(wú)縫線路設(shè)計(jì)參數(shù)分析_第1頁(yè)
高速鐵路長(zhǎng)大橋梁crs型雙塊式無(wú)軌道無(wú)縫線路設(shè)計(jì)參數(shù)分析_第2頁(yè)
高速鐵路長(zhǎng)大橋梁crs型雙塊式無(wú)軌道無(wú)縫線路設(shè)計(jì)參數(shù)分析_第3頁(yè)
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高速鐵路長(zhǎng)大橋梁crs型雙塊式無(wú)軌道無(wú)縫線路設(shè)計(jì)參數(shù)分析

中國(guó)一些高速鐵路軌道橋梁鋪設(shè)了crts雙塊無(wú)軌道軌道。當(dāng)大跨度連續(xù)梁橋上鋪設(shè)了CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)之后,其梁軌相互作用機(jī)理更加復(fù)雜,原有的計(jì)算方法、計(jì)算模型及設(shè)計(jì)參數(shù)可能不再適用。國(guó)內(nèi)對(duì)于CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道的生產(chǎn)、施工、測(cè)量和調(diào)整進(jìn)行了一定的研究[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10],但針對(duì)長(zhǎng)大橋梁上鋪設(shè)的CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道無(wú)縫線路的理論研究相對(duì)較少,在設(shè)計(jì)和參數(shù)的選擇上面臨著新的難題。針對(duì)既有研究的不足,本文在已有研究的基礎(chǔ)之上,基于有限元方法建立了高速鐵路長(zhǎng)大橋梁CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道無(wú)縫線路縱橫垂向空間耦合模型。對(duì)道床板和底座板年溫差、扣件縱向阻力、橡膠墊板彈性模量和隔離層摩擦系數(shù)等設(shè)計(jì)因素的影響規(guī)律進(jìn)行了計(jì)算與分析。1道床板、橋梁模型高速鐵路長(zhǎng)大橋梁CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道無(wú)縫線路主要由鋼軌、扣件、道床板、雙快式軌枕、底座板、凹槽、橡膠墊板、隔離層、水硬性支撐層和橋梁、墩臺(tái)等結(jié)構(gòu)組成。(1)鋼軌選用梁?jiǎn)卧M,按實(shí)際截面屬性建模,考慮鋼軌的截面積、慣性矩以及扭轉(zhuǎn)彎矩等參數(shù)。(2)扣件采用非線性彈簧單元進(jìn)行模擬,可全面考慮扣件的縱向阻力、橫向阻力和垂向剛度??奂淖枇蛣偠染筛鶕?jù)實(shí)測(cè)值取值。橋上CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道無(wú)縫線路的扣件節(jié)點(diǎn)間距為654mm。(3)道床板和雙塊式軌枕采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬,可以全面考慮結(jié)構(gòu)的幾何尺寸和物理屬性。在橋上采用長(zhǎng)6.44m的標(biāo)準(zhǔn)道床板,每塊道床板上布置10個(gè)扣件。道床板寬2.8m,厚度為0.21m,道床板之間設(shè)置100mm的板縫。道床板和雙塊式軌枕的實(shí)體單元模型如圖1所示。(4)橋上采用道床板加底座板的結(jié)構(gòu),道床板與底座板之間設(shè)置隔離層,通過(guò)凹槽限位。限位凹槽周圍側(cè)面設(shè)置橡膠墊板。底座板采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬。底座板與道床板等長(zhǎng)等寬,厚度取為0.26m。底座板的實(shí)體單元模型如圖2所示。(5)路基上采用道床板加水硬性支撐層的結(jié)構(gòu),水硬性支撐層每隔5.2m左右設(shè)置一條深度約105mm的橫向伸縮假縫,縱向?qū)挾?mm。水硬性支撐層采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬,可以全面考慮支撐層的幾何尺寸和物理屬性。路基上水硬性支撐層的實(shí)體單元模型如圖3所示。(6)橋梁采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬,可以全面考慮橋梁結(jié)構(gòu)的幾何尺寸和物理屬性。簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁實(shí)體單元模型如圖4所示。(7)橋梁墩臺(tái)頂縱橫向剛度采用線性彈簧單元進(jìn)行模擬。簡(jiǎn)支梁橋墩縱向剛度取400kN/cm,連續(xù)梁橋墩縱向剛度取1500kN/cm。(8)由以上各部分組成的高速鐵路長(zhǎng)大橋梁CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道無(wú)縫線路的整體計(jì)算模型如圖5和圖6所示。2影響因素分析2.1道床板和眼底板年高差條件下的主要溫度力和位移計(jì)算結(jié)果本部分比較分析道床板和底座板年溫差分別取為30℃、35℃和40℃時(shí)的主要溫度力和位移計(jì)算結(jié)果,橋梁日溫差取20℃。不同的道床板和底座板年溫差條件下的鋼軌受力和鋼軌位移比較如圖7和圖8所示。橫坐標(biāo)0點(diǎn)為橋梁與一側(cè)路基相交的位置,下同。不同道床板和底座板年溫差條件下的主要溫度力和位移計(jì)算結(jié)果比較如表1和表2所示。由以上圖表對(duì)比可知,隨著道床板和底座板年溫差由30℃、35℃到40℃逐漸增大,在受力方面:鋼軌縱向力逐漸變大,道床板和底座板最大應(yīng)力以及簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁的橋墩最大縱向力也有明顯增大;在位移方面:鋼軌縱向位移逐漸變大,道床板、底座板以及簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁端的最大縱向位移也都有所增大。由以上計(jì)算結(jié)果分析得出,在溫度變化的條件下,當(dāng)橋梁日溫差保持不變時(shí),隨著道床板和底座板年溫差取值的增大,鋼軌、道床板、底座板與橋墩受力及軌道和橋梁結(jié)構(gòu)的變形都有明顯增大。因此,在進(jìn)行設(shè)計(jì)與檢算時(shí)應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)的實(shí)際情況分別選取當(dāng)?shù)夭煌哪隃夭?特別是在嚴(yán)寒地區(qū)等年溫差較大的地區(qū)更應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行計(jì)算與檢算,以保證軌道和橋梁結(jié)構(gòu)的安全使用。2.2橋上扣件縱向阻力當(dāng)鋪設(shè)無(wú)縫線路的橋梁長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí),鋼軌所受到的伸縮附加力較大,適當(dāng)降低扣件縱向阻力可以有效的減少鋼軌受力。本部分比較分析扣件縱向阻力分別為15.0kN/組(常阻力)、9.0kN/組、6.5kN/組和4.0kN/組(小阻力)時(shí)的主要溫度力和位移計(jì)算結(jié)果。不同的扣件縱向阻力條件下的鋼軌受力和鋼軌位移比較如圖9和圖10所示。不同扣件縱向阻力條件下的主要溫度力和位移計(jì)算結(jié)果比較如表3和表4所示。由以上圖表對(duì)比可知,隨著橋上扣件縱向阻力由15.0kN/組、9.0kN/組、6.5kN/組到4.0kN/組逐漸減小,在受力方面:鋼軌縱向力逐漸變小,道床板和底座板最大應(yīng)力以及簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁橋墩最大縱向力也都有所減小;在位移方面:鋼軌縱向位移逐漸變小,簡(jiǎn)支梁端的最大縱向位移也有所減小,而道床板、底座板和連續(xù)梁端的最大縱向位移則有所增大。由以上計(jì)算結(jié)果分析得出,在溫度變化的條件下,通過(guò)在橋上采用小阻力扣件即減小橋上扣件的縱向阻力,可以明顯降低鋼軌最大縱向附加力及軌道結(jié)構(gòu)的受力,保證軌道和橋梁結(jié)構(gòu)的安全使用。但為了防止鋼軌爬行或者在低溫?cái)嘬墪r(shí)鋼軌斷縫值過(guò)大,扣件縱向阻力也不宜太小。當(dāng)扣件縱向阻力較小時(shí),在長(zhǎng)大橋梁的梁端處,扣件的爬行量較大,需要重點(diǎn)加以關(guān)注。2.3橡膠墊板彈性模量值評(píng)價(jià)本部分比較分析限位凹槽周圍側(cè)面橡膠墊板彈性模量分別為1倍設(shè)計(jì)值、5倍設(shè)計(jì)值和10倍設(shè)計(jì)值的時(shí)的主要溫度力和位移計(jì)算結(jié)果。不同的橡膠墊板彈性模量條件下的鋼軌受力和鋼軌位移比較如圖11和圖12所示。不同橡膠墊板彈性模量條件下的主要溫度力和位移計(jì)算結(jié)果比較如表5和表6所示。由以上圖表對(duì)比可知,隨著橡膠墊板彈性模量由1倍設(shè)計(jì)值、5倍設(shè)計(jì)值到10倍設(shè)計(jì)值逐漸增大,在受力方面:鋼軌縱向力逐漸變大,道床板和底座板最大應(yīng)力以及簡(jiǎn)支梁橋墩最大縱向力也有明顯增大,而連續(xù)梁橋墩最大縱向力則有所減小;在位移方面:鋼軌縱向位移逐漸變大,道床板、底座板以及簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁端的最大縱向位移也都有所增大。由以上計(jì)算結(jié)果分析得出,在溫度變化的條件下,隨著限位凹槽周圍側(cè)面橡膠墊板彈性模量的增大,鋼軌以及部分軌道和橋梁結(jié)構(gòu)的受力與變形都有明顯增大。因此,在限位凹槽周圍垂直側(cè)面應(yīng)優(yōu)先設(shè)置高彈橡膠墊板,以降低由于溫度和收縮而產(chǎn)生的約束應(yīng)力。值得注意的是,隨著長(zhǎng)大橋梁CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道無(wú)縫線路的投入使用,橡膠墊板的彈性在反復(fù)擠壓和材料老化的影響下可能有所下降,這一因素在設(shè)計(jì)中應(yīng)該予以考慮。2.4不同隔離層摩擦系數(shù)本部分比較分析隔離層摩擦系數(shù)分別為0.50、0.65和0.80時(shí)的主要溫度力和位移計(jì)算結(jié)果。不同的隔離層摩擦系數(shù)條件下的鋼軌受力和鋼軌位移比較如圖13和圖14所示。不同隔離層摩擦系數(shù)條件下的主要溫度力和位移計(jì)算結(jié)果比較如表7和表8所示。由以上圖表對(duì)比可知,隨著隔離層摩擦系數(shù)由0.50、0.65到0.80逐漸增大,在受力方面:鋼軌縱向力逐漸變大,底座板最大應(yīng)力和簡(jiǎn)支梁橋墩最大縱向力也有所增大,而道床板最大應(yīng)力和連續(xù)梁橋墩最大縱向力則有所減小;在位移方面:鋼軌縱向位移逐漸變大,道床板、底座板以及簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁端的最大縱向位移也都有所增大。由以上計(jì)算結(jié)果分析得出,在溫度變化的條件下,隨著隔離層摩擦系數(shù)的增大,鋼軌以及部分軌道和橋梁結(jié)構(gòu)的受力與變形都有明顯增大。因此,道床板和底座板之間應(yīng)盡量采用較小摩擦系數(shù)的隔離層,以減小軌道和橋梁結(jié)構(gòu)的相互作用。值得注意的是,隨著長(zhǎng)大橋梁CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道無(wú)縫線路的投入使用,隔離層的摩擦系數(shù)在反復(fù)摩擦和材料老化的影響下可能有所上升,這一因素在設(shè)計(jì)中也應(yīng)該予以考慮。3橋上扣件縱向阻力的影響基于本文的計(jì)算條件和計(jì)算參數(shù),在溫度變化的條件下,主要得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)當(dāng)橋梁日溫差保持不變時(shí),隨著道床板和底座板年溫差取值的增大,鋼軌、道床板、底座板與橋墩受力及軌道和橋梁結(jié)構(gòu)的變形都有明顯增大。因此,在進(jìn)行設(shè)計(jì)與檢算時(shí)應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)的實(shí)際情況分別選取當(dāng)?shù)夭煌哪隃夭?特別是在嚴(yán)寒地區(qū)等年溫差較大的地區(qū)更應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行計(jì)算與檢算,以保證軌道和橋梁結(jié)構(gòu)的安全使用。(2)通過(guò)在橋上采用小阻力扣件即減小橋上扣件的縱向阻力,可以明顯降低鋼軌最大縱向附加力及軌道結(jié)構(gòu)的受力,保證軌道和橋梁結(jié)構(gòu)的安全使用。但為了防止鋼軌爬行或者在低溫?cái)嘬墪r(shí)鋼軌斷縫值過(guò)大,扣件縱向阻力也不宜太小。當(dāng)扣件縱向阻力較小時(shí),在長(zhǎng)大橋梁的梁端處,扣件的爬行量較大,需要重點(diǎn)加以關(guān)注。(3)隨著限位凹槽周圍側(cè)面橡膠墊板彈性模量的增大,鋼軌以及部分軌道和橋梁結(jié)構(gòu)的受力與變形都有明顯增大。因此,在限位凹槽周圍垂直側(cè)面應(yīng)優(yōu)先設(shè)置高彈橡膠墊板,以降低由于溫度和收縮而產(chǎn)生的約束應(yīng)力。值得注意的是,隨著長(zhǎng)大橋梁CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道無(wú)縫線路的投入使用,橡膠墊板的彈性在反復(fù)擠壓和材料老化的影響下可能有所下降

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