【《斜拉桥无缝线路在不同工况下的挠曲力影响因素分析》3900字（论文）】

斜拉桥无缝线路在不同工况下的挠曲力影响因素分析为了研究此类斜拉桥上挠曲力分布规律，依据第二章关于挠曲力计算方法，不考虑列车在桥上启（制动）以及桥梁受到温度荷载作用，假定中-活载从左端入桥，三种工况只考虑单轨加载，挠曲力计算工况选如下：工况一：主桥左第二边跨和主桥主跨左半跨布置荷载；工况二：主桥主跨布置荷载；工况三：主桥主跨右半跨和主桥右第二边跨布置荷载；挠曲力计算加载工况布置如图3.9所示。图3.9挠曲力计算加载工况布置图图3.10和3.11显示了不同工况下钢轨挠曲力和梁轨相对位移的计算结果。图3.10不同工况钢轨挠曲力图3.11不同工况梁轨相对位移三种工况下钢轨最大挠曲力、梁轨相对位移见表3.5。表3.5三种工况下钢轨挠曲力与梁轨相对位移最大值工况挠曲力(kN)梁轨相对位移(mm)一-298.7/227.6-4.8/4.2二-316.0/250.4-5.0/4.4三-295.3/265.3-4.7/4.5由图3.10可知，三种工况加载下钢轨挠曲力分布规律大致相同。三种挠曲力计算工况中，在工况二下左边的主塔墩处（距离左桥台约320m）钢轨挠曲压力达到最大，其值为316.0kN，在工况三下主跨跨中处（距离左桥台约480m）钢轨挠曲拉力达到最大，其值为265.3kN，之所以这两种工况的挠曲力最大，是因为斜拉桥主跨跨度较大，只要在主跨布满了荷载后，主梁桥面就会产生较大的纵向位移进而在全桥范围内的梁轨相对位移就相对较大（如图3.11），而梁轨相对位移是产生钢轨附加力的根本原因；主跨跨中会出现钢轨挠曲拉力峰值是因为钢桁梁斜拉桥的主梁下缘承受荷载，在列车荷载作用下，主跨左半跨的下缘桥面纵向位移方向向左，而主跨右半跨的下缘桥面纵向位移方向向右，在主桥跨中附近处的线路阻力方向改变且方向相背，故会形成钢轨挠曲力拉力峰值；在主梁两端的梁缝处也会形成较大的拉应力峰，这是因为主跨布置荷载后会引起左边边跨梁面向右的位移而右边边跨梁面向左的位移，这与计算伸缩力时的降温工况相似，如果主梁的刚度增大的话，钢轨挠曲力整体会减小，但梁端处的拉力峰值可能会比主跨跨中处的拉力峰值要大；在左边主塔墩处会出现钢轨挠曲压力峰值是因为由于主塔墩和斜拉索对主梁的约束作用，此处的主梁桥面纵向位移已经比较小了，梁轨相对位移方向在此处发生改变，工况二的结果要比工况三的稍大些是因为在左第二边跨上布置了荷载后对主跨左半跨的下缘桥面纵向向左的位移起到一定约束作用，但这会增大主塔墩左边的梁轨相对位移，梁轨相对位移变化率变大，线路阻力在此处附近方向改变且方向相向，故会形成钢轨挠曲力压力峰值。考虑到斜拉桥关于主跨跨中对称，且主跨上布置荷载对挠曲力影响最大，建议可按工况二和工况三两种情况进行挠曲力计算而不必考虑列车入桥方向的变化。为了便于比较，挠曲力计算统一选为列车从左侧入桥只在主梁主跨上布置荷载即工况三加载方式。(1)主塔墩刚度计算0.5、1.0、及2.0倍主塔墩刚度(弯曲刚度)的三种工况，其他结构参数不变。图3.12和3.13显示了不同工况下钢轨挠曲力和梁轨相对位移的计算结果。图3.12不同主塔墩刚度钢轨挠曲力图3.13不同主塔墩刚度下梁轨相对位移三种工况下钢轨最大挠曲力、梁轨相对位移见表3.6。表3.6不同主塔墩刚度下钢轨挠曲力与梁轨相对位移最大值主塔墩刚度(倍)挠曲力(kN)梁轨相对位移(mm)0.5-277.7/227.3-4.5/5.01.0-260.4/220.3-4.3/4.82.0-243.1/215.3-4.0/4.7图3.12可知，主塔墩刚度变化时，主梁主跨范围内的钢轨挠曲力改变很小，这是因为主跨变形主要受主梁自身刚度和斜拉索刚度影响，受主塔墩刚度变化影响较小，主跨范围内的桥面纵向位移变化也较小，因而这一范围内的挠曲力变化就很小。由表3.6可知，三种工况下挠曲力最大值依次为277.7kN、260.4kN及243.4kN，但从挠曲力整体分布来看，主塔墩刚度变化对挠曲力及梁轨相对位移影响不大。(2)斜拉索刚度计算0.5、1.0及2.0倍斜拉索刚度的三种工况，其他结构参数不变，图3.14和3.15显示了不同工况下钢轨挠曲力和梁轨相对位移的计算结果。图3.14不同斜拉索刚度钢轨挠曲力图3.15不同斜拉索刚度下梁轨相对位移三种工况下钢轨最大挠曲力、梁轨相对位移见表3.7。表3.7不同斜拉索刚度下钢轨挠曲力与梁轨相对位移最值斜拉索刚度(倍)挠曲力(kN)梁轨相对位移(mm)0.5-329.9/245.2-4.6/4.61.0-295.3/265.4-4.3/2.82.0-278.0/275.1-3.9/3.6由图3.16及表3.8可知，三中工况的钢轨最大挠曲压力峰值均发生在主塔墩附近，其值依次为329.9kN、295.3kN、278.0kN，挠曲压力随着斜拉索刚度增大呈减小趋势，这主要是因为斜拉索刚度增大后，主梁主跨竖向变形就会减小，进而主塔墩间的钢轨挠曲力就会减小；三种工况下在主梁左右端梁缝处均会出现挠曲拉力峰值，由于车头靠近主梁右端，以右端梁缝处挠曲拉力峰值要不利些，三种工况的钢轨最大挠曲拉力依次为89.4kN、109.2kN、115.5kN，挠曲拉力随着斜拉索刚度增大呈增大趋势，这是因为斜拉索刚度增大后，虽然主梁主跨上斜拉索对主梁约束作用加强使主跨竖向变形减小，但这会使两座主塔墩外侧所有斜拉索轴向附加拉力增大，进而致使主梁上主跨以外的桥面纵向位移随斜拉索刚度增大而增大。3.3斜拉桥无缝线路在不同工况下的制动力影响因素分析制动力计算时，选用不设置钢轨伸缩调节器的轨道结构进行计算，依据第二章关于制动力计算原则，假定中-活载从左端入桥，从左向右制动，制动力计算工况选如下：工况一：主桥左第二边跨和主桥主跨左半跨布置荷载；工况二：主桥左第二边跨、主桥主跨和主桥右第二边跨布置荷载；工况三：主桥主跨布置荷载；制动力计算不同加载工况布置如图3.16所示。图3.16制动力计算不同加载工况布置图图3.17和3.18显示了不同工况下钢轨制动力和梁轨相对位移的计算结果。图3.17不同工况钢轨制动力图3.18不同工况下梁轨相对位移三种工况下钢轨最大制动力、梁轨相对位移见表3.8。表3.8不同工况下钢轨制动力与梁轨相对位移最大值工况制动力/kN梁轨相对位移/mm一-266.9/382.5-2.8/4.0二-303.6/390.6-2.8/4.4三-301.6/301.7-2.6/3.7由图3.17可知，所有制动工况下，在斜拉桥桥主梁左端梁缝处会形成钢轨制动拉力峰值，主梁右端梁缝处会形成钢轨制动压力峰值，这是因为从左向右的列车制动荷载作用到钢轨上后，制动荷载通过线路阻力传递到梁面上引起主梁的整体向右的漂移，这对于主梁左边半跨来说相当于主梁降温收缩，对于主梁右边半跨来说相当于主梁升温伸长，这和伸缩力计算工况相似，故引起主梁左右端梁缝处的拉压力峰值；从图上还可知，钢轨制动拉压力峰值是随着主梁上制动荷载长度增加而增加的，这是因为制动荷载长度越长，主梁的纵向漂移就越大。由此可见，制动力的最不利位置为加载起点或终点和主梁端部重合时。由图3.18及表3.8可知，三种工况梁轨相对位移最大值分别为4.0mm、4.6mm、3.7mm。从以上的计算分析可知，钢轨制动力和梁轨快速相对位移与制动荷载的长度及荷载布置位置关系较大，由于铁路斜拉桥的全桥长可能会逾千米，建议最大制动荷载长度要结合近远期列车编组长度确定，因为制动荷载长度取小了会使设计偏于不安全，取长了会使设计过于保守造成资源浪费。考虑到斜拉桥主梁两侧的桥跨布置对制动力计算结果有一定影响，结合上述计算，建议下承式斜拉桥的制动力选取时应考虑最大制动荷载在以主跨为中心即工况三的梁面上对称布置及荷载布置将车头置于梁缝处并考虑制动方向的变化等工况。(1)主塔墩刚度制动力计算统一选为列车从左侧入桥，只在主梁主跨从左向右上制动。计算0.5、1.0及2.0倍主塔墩刚度的工况，其他结构参数不变。图3.19和3.20显示了不同工况下钢轨制动力和梁轨相对位移的计算结果。图3.19不同主塔墩刚度钢轨制动力图3.20不同主塔墩刚度下梁轨相对位移三种工况下钢轨最大制动力、梁轨相对位移见表3.9。表3.9不同主塔墩刚度下钢轨制动力与梁轨相对位移最大值主塔墩刚度(倍)制动力(kN)梁轨相对位移(mm)0.5-392.1/397.7-5.1/6.21.0-301.6/305.9-3.2/4.32.0-232.0/235.3-2.0/3.2由图3.19和表3.9可知，主塔墩刚度变化对制动计算结果影响较大，这是因为制动荷载主要由主塔墩承担。随着主塔墩刚度的增加，随着主塔墩的刚度增大，钢轨制动力和梁轨相对位移均有较大幅度的下降，这一规律与普通桥上无缝线路制动工况下的完全一致，因此，对于大跨斜拉桥也应向普通桥上无缝线路那样要保证主塔墩刚度能够满足列车在桥上制动时梁轨相对位移不超过限值要求。(2)斜拉索刚度计算0.5、1.0及2.0倍斜拉索刚度的工况，其他结构参数不变，图3.21和3.22显示了不同工况下钢轨制动力和梁轨相对位移的计算结果。图3.21不同斜拉索刚度钢轨制动力图3.22不同斜拉索刚度下梁轨相对位移三种工况下钢轨最大制动力、梁轨相对位移见表3.10。表3.10不同斜拉索刚度下钢轨制动力与梁轨相对位移最值斜拉索刚度(倍)制动力(kN)梁轨相对位移(mm)0.5-300.8/305.4-3.1/4.31.0-301.6/305.9-3.2/4.32.0-302.4/306.3-3.2/4.3由图3.21和表3.10可知，斜拉索刚度的增大，对于钢轨制动力、梁轨相对位移的一定的影响，变化呈减小趋势，但影响的程度较小。这主要是由于主梁与斜拉索在结构和材料属性上完全不同，两者的刚度存在较大差异。列车制动荷载传递方式特殊，直接从主梁传递到主塔墩，而斜拉桥上斜拉索传递的的荷载相对有限。因此，可以看出随着斜拉索刚度的变化，对制动力的计算影响不大。3.4断轨条件下斜拉桥无缝线路纵向力与位移分析由上述计算结果可知，主梁左右端梁缝处钢轨伸缩力均较大，主梁左右端梁缝处最可能出现断轨情况，计算假设一根钢轨发生断裂，以主梁左端梁缝处断轨为例，断缝值依据第二章关于断轨力的计算原则。断轨条件下计算时考虑主塔墩降温20°C、斜拉索降温25°C、钢轨降温60°C进行分析。断轨后钢轨纵向力及钢轨纵向位移如图3.23、3.24所示。图3.23断轨后钢轨纵向力图3.24断轨后钢轨纵向位移由图3.23中可以得出，折断轨拉力最大值为1750.1kN。断轨后，左端梁缝处的非折断轨纵向力比折断前增大207.0kN，这