大跨度板桁斜拉橋無砟軌道靜動力特性研究.pdf

1、隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，越大江、大河的大跨度板桁斜拉橋的修建也越來越多。無砟軌道由于其具有良好的結(jié)構(gòu)恒定性、穩(wěn)定性、耐久性、少維修性、經(jīng)濟(jì)性等技術(shù)特點，近年來在國內(nèi)外高速鐵路上得到了廣泛的應(yīng)用。大跨度板桁斜拉橋和無砟軌道由于其自身結(jié)構(gòu)特性，在列車荷載作用情況下兩者之間可能存在靜力匹配和動力適應(yīng)的問題。針對大跨度板桁斜拉橋無砟軌道靜動力特性的研究，國內(nèi)外較為少見。因此，有必要對大跨度板桁斜拉橋無砟軌道靜動力特性開展研究。
　　

2、 本文以有限元軟件ANSYS為靜力計算工具，以顯式動力學(xué)分析程序LS-DYNA為動力計算工具，以LS-PREPOST為后處理工具，對大跨度板桁斜拉橋無砟軌道靜動力特性進(jìn)行研究。
　　 首先，建立三節(jié)間梁-體-殼局部精細(xì)化ANSYS模型，將板桁斜拉橋和無砟軌道作為一個系統(tǒng)研究其靜力學(xué)特性。
　　 其次，建立了五種不同布置方式的道床板、底座板有限元模型。分析和對比了不同道床板布置情況下桁架節(jié)間內(nèi)的軌道整體剛度及其變化規(guī)律，對

3、比了大跨度板桁斜拉橋上、普通線路上及混凝土簡支橋上無砟軌道整體剛度之間的差異，明確了大跨度板桁斜拉橋無砟軌道整體剛度的特點。
　　 采用非線性彈簧單元和接觸單元兩種方法模擬彈性減振墊層與道床板的接觸關(guān)系，計算了節(jié)間內(nèi)不同位置處道床板局部脫空的可能性、脫空量和脫空區(qū)域，對比了不同道床板布置情況下的脫空量和不同彈性減振墊層剛度組合情況下的脫空量，并提出了降低脫空量的優(yōu)化方案。
　　 再次，利用顯式動力分析方法，建立了列車-無

4、砟軌道-大跨度板桁斜拉橋局部橋面系垂向振動模型，將車、軌、橋三者作為一個交互作用、協(xié)調(diào)工作的耦合振動系統(tǒng)。
　　 最后分析了橋面板、道床板局部振動在節(jié)間內(nèi)的分布規(guī)律和特性，研究了大跨度板桁斜拉橋設(shè)置底座板的必要性，對比了不同車速對橋面板、道床板振動的影響，并通過時域分析和頻譜分析提出了合理的彈性減振墊層剛度取值。
　　 靜力分析結(jié)果表明，大跨度板桁斜拉橋正交異性橋面板剛度不均勻?qū)壍勒w剛度有一定的影響，無砟軌道自身結(jié)構(gòu)

5、不連續(xù)對軌道整體剛度在縱向位置上的均勻性影響顯著。大跨度板桁斜拉橋無砟軌道設(shè)計時應(yīng)充分考慮橋梁結(jié)構(gòu)的影響，以保證軌道結(jié)構(gòu)與橋梁結(jié)構(gòu)的匹配性?？缭街鳈M梁處的道床板在板端區(qū)域存在與底座板脫空的可能性，最大脫空量與荷載作用位置及道床板布置形式有關(guān)，宜優(yōu)先選擇道床板在主橫梁處斷開的布置方式。彈性減振墊層采用兩端剛度小、中間剛度大的布置方式能夠明顯的降低脫空量和脫空區(qū)域。
　　 動力分析結(jié)果表明，大跨度板桁斜拉橋無砟軌道橋面系設(shè)計中沿縱向

6、采用密橫梁體系，在橫向設(shè)置多道縱梁，這種結(jié)構(gòu)形式能夠降低橋面板的局部振動。底座板的設(shè)置明顯的降低了軌道結(jié)構(gòu)下方區(qū)域、兩條線路縱梁之間區(qū)域橋面板的加速度響應(yīng)以及接縫邊緣道床板的加速度響應(yīng)。軌道結(jié)構(gòu)下方橋面板的最大豎向加速度峰值隨車速提高而增大，道床板的最大豎向加速度峰值隨車速提高而增大。列車設(shè)計速度較高時，道床板的長度應(yīng)盡量與節(jié)間長度匹配，避免出現(xiàn)道床板跨越主橫梁的情況。綜合時域分析和頻譜分析結(jié)果，彈性減振墊層剛度宜優(yōu)先選擇0.05N/m