連續(xù)梁橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)與養(yǎng)護(hù)維修（93頁(yè)）

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)誠(chéng)信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本人所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。畢業(yè)設(shè)計(jì)中所引用他人的無(wú)論以何種方式發(fā)布的文字、研究成果，均在設(shè)計(jì)中加以說(shuō)明；有關(guān)教師、同學(xué)和其他人員對(duì)本文的寫作、修訂提出過(guò)并為我在設(shè)計(jì)中加以采納的意見(jiàn)、建議，均已在我的致謝辭中加以說(shuō)明并深致謝意。</p><p&

2、gt;　　本設(shè)計(jì)和資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。</p><p><b>　　簽名：</b></p><p><b>　　年月日</b></p><p>　　華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　華東交通大學(xué)畢業(yè)論文開題報(bào)告書</p><p>　　

3、課題類型：（1）A—工程設(shè)計(jì)；B—技術(shù)開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；</p><p>　?。?）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題</p><p>　?。?）、（2）均要填，如AY、BX等。</p><p>　　華東交通大學(xué)畢業(yè)論文評(píng)閱書(1)</p><p>　　華東交通大學(xué)畢業(yè)論文評(píng)閱書(2)</p><p&

4、gt;　　注：答辯小組根據(jù)評(píng)閱人的評(píng)閱簽署意見(jiàn)、初步評(píng)定成績(jī)，交答辯委員會(huì)審定，蓋學(xué)院公章?！暗燃?jí)”用優(yōu)、良、中、及、不及五級(jí)制（可按學(xué)院制定的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)成績(jī)?cè)u(píng)定辦法評(píng)定最后成績(jī)）。</p><p>　　華東交通大學(xué)畢業(yè)論文答辯記錄</p><h2>　　連續(xù)梁橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)與養(yǎng)護(hù)維修</h2><p><b>　　摘要</b><

5、/p><p>　　在橋上鋪設(shè)無(wú)縫線路的目的是為了最大限度地提高橋上無(wú)縫線路軌道結(jié)構(gòu)的平順性，以減輕列車車輪對(duì)橋梁的沖擊，改善列車和橋梁的運(yùn)行條件，延長(zhǎng)線路設(shè)備使用壽命，減少養(yǎng)護(hù)維修工作量。</p><p>　　隨著橋上無(wú)縫線路研究的深入，盡管無(wú)縫線路和橋梁的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，還是有著各種對(duì)橋上無(wú)縫線路縱向附加力的計(jì)算軟件和計(jì)算方法，像Midas，ANSYS等分析軟件通過(guò)建立橋上無(wú)縫線路模型來(lái)達(dá)

6、到計(jì)算分析縱向力的作用，而傳統(tǒng)的手算簡(jiǎn)化計(jì)算方法卻被很多人忽略。本文主要通過(guò)使用傳統(tǒng)的手算簡(jiǎn)化計(jì)算方法來(lái)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)連續(xù)梁橋上無(wú)縫線路的設(shè)計(jì)，給想要了解傳統(tǒng)手算方法的人詳細(xì)的計(jì)算方法和計(jì)算過(guò)程。在最后也給出對(duì)時(shí)下簡(jiǎn)單好用的Midas分析軟件的一些介紹和使用方法。</p><p>　　本文所做的主要工作如下：</p><p>　　通過(guò)對(duì)橋上無(wú)縫線路理論，梁軌相互作用原理，各種縱向附加力產(chǎn)生原理

7、及計(jì)算方法的了解，對(duì)連續(xù)梁橋進(jìn)行伸縮撓曲力的計(jì)算，給出了詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程。</p><p>　　在縱向附加力計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)無(wú)縫線路進(jìn)行軌道強(qiáng)度檢算，鎖定軌溫的計(jì)算以及使用兩種不同方法進(jìn)行的橋墩檢算。</p><p>　　在對(duì)橋上無(wú)縫線路手算計(jì)算方法的了解的基礎(chǔ)上，使用Midas建立橋梁的簡(jiǎn)單模型，使用Midas的分析計(jì)算功能對(duì)橋梁的伸縮力、撓曲力進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)Midas分析軟件的使用進(jìn)

8、行簡(jiǎn)單介紹。</p><p>　　關(guān)鍵詞：橋上無(wú)縫線路；連續(xù)剛構(gòu)梁橋；傳統(tǒng)手算方法；Midas分析軟件</p><h2>　　The design of Continuously Welded Rail Track Railway on Continuous Beam Bridge</h2><p><b>　　Abstract</b><

9、/p><p>　　Laying seamless track on bridge, the purpose is to maximize riding comfort seamless track on the bridge structure, to alleviate the train wheels on the impact of the bridge, improve trains and Bridges

10、running condition, prolong the service life of line equipment, reduce maintenance workload.</p><p>　　With in-depth study of CWR, although in the form of structures and bridges CWR variety, or with a variety

11、of software and computational methods to calculate additional longitudinal forces of CWR, like Midas, ANSYS analysis software, such as through the establishment of CWR model to achieve the computational analysis of the r

12、ole of the longitudinal force, and traditional hand calculation simplified calculation method been ignored by a lot of people . In this paper, by using traditional hand calcu</p><p>　　the main work done is a

13、s follows:</p><p>　　By understanding the theory of CWR, beam orbit interaction theory, principles and methods of computation of various additional longitudinal force generated continuous beam bridge stretchi

14、ng flexural strength calculations, gives a detailed calculation process.</p><p>　　On the basis of the results of additional longitudinal force on the strength of CWR orbit inspection count, check the lock co

15、unt piers and rail temperature calculations carried out using two different methods.</p><p>　　In the calculation of CWR hand understanding of the calculation method based on the use of a simple model to buil

16、d bridges of Midas, Midas analysis using the computing power of the bridge stretching, bending force is calculated, and Midas use analysis software for simple introduction.</p><p>　　Keywords: Seamless track

17、on the bridge（CWR）; continuous rigid frame bridg；Traditional hand-count；Midas Analysis Softwar</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章無(wú)縫線路概述1</p><p>　　1.1 國(guó)內(nèi)外無(wú)縫線路的發(fā)展1</p>

18、;<p>　　1.2 無(wú)縫線路類型2</p><p>　　1.3 橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)原則3</p><p>　　1.4 橋上無(wú)縫線路縱向力計(jì)算研究概況3</p><p>　　1.4.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.4.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀5</p><p>　　第二章橋上無(wú)縫線路縱向力計(jì)算

19、理論8</p><p><b>　　2.1 概述8</b></p><p>　　2.1.1橋上無(wú)縫線路鋼軌承受的縱向附加力8</p><p>　　2.1.2橋上無(wú)縫線路墩臺(tái)承受的縱向附加力8</p><p>　　2.2 梁軌相互作用原理9</p><p>　　第三章縱向附加力的計(jì)算12

20、</p><p>　　3.1 伸縮附加力計(jì)算12</p><p>　　3.1.1 基本假設(shè)12</p><p>　　3.1.2計(jì)算原理12</p><p>　　3.1.3伸縮力計(jì)算結(jié)果17</p><p>　　3.2撓曲附加力計(jì)算18</p><p>　　3.2.1 基本假設(shè)18&l

21、t;/p><p>　　3.2.2計(jì)算原理18</p><p>　　3.2.3 撓曲力力計(jì)算結(jié)果24</p><p>　　3.3制動(dòng)力的計(jì)算25</p><p>　　3.3.1制動(dòng)力的計(jì)算原理25</p><p>　　3.3.2制動(dòng)力的計(jì)算結(jié)果26</p><p>　　3.4 斷軌力的計(jì)算

22、27</p><p>　　3.4.1 斷軌力的計(jì)算原理27</p><p>　　第四章軌道強(qiáng)度檢算29</p><p>　　4.1鋼軌強(qiáng)度檢算29</p><p>　　4.1.1計(jì)算參數(shù)29</p><p>　　4.1.2 計(jì)算結(jié)果29</p><p>　　4.1.3軌枕的彎矩檢算3

23、1</p><p>　　4.1.4 由鋼軌強(qiáng)度條件確定的溫降34</p><p>　　4.1.5由鋼軌斷縫確定的允許溫降34</p><p>　　4.1.6由橋上無(wú)縫線路穩(wěn)定性確定允許溫升35</p><p>　　4.2鎖定軌溫的確定37</p><p>　　4.2.1鎖定軌溫37</p>&l

24、t;p>　　4.2.2鎖定軌溫的計(jì)算38</p><p>　　第五章橋墩檢算40</p><p>　　5.1橋梁墩臺(tái)檢算（一）40</p><p>　　5.1.1計(jì)算資料：40</p><p>　　5.1.2荷載計(jì)算：40</p><p>　　5.1.3墩身任意高度為h處H—H截面受力分析47<

25、/p><p>　　5.1.4墩身任意高度為h處H—H截面檢算：49</p><p>　　5.1.5檢算結(jié)果51</p><p>　　5.2 橋墩檢算第二種方法54</p><p>　　5.2.1 基本原理54</p><p>　　5.2.2橋墩檢算的荷載條件55</p><p>　　5.2

26、.3垂直力的計(jì)算56</p><p>　　5.2.4檢算結(jié)果58</p><p>　　第六章無(wú)縫線路的養(yǎng)護(hù)維修60</p><p>　　6.1無(wú)縫線路養(yǎng)護(hù)維修60</p><p>　　6.1.1作業(yè)安排60</p><p>　　6.1.2  維修要求60</p><p

27、>　　6.1.3  應(yīng)力放散60</p><p>　　6.1.4   防脹與防斷61</p><p>　　6.1.5  無(wú)縫道岔傷損部件的更換61</p><p>　　6.2橋上無(wú)縫線路養(yǎng)護(hù)維修,62</p><p>　　6.2.1 橋上作業(yè)注意事項(xiàng)62&l

28、t;/p><p>　　6.2.2橋上無(wú)縫線路維護(hù)的主要問(wèn)題62</p><p>　　第七章橋梁無(wú)縫線路有限元初步分析64</p><p>　　7.1 Midas分析軟件的介紹64</p><p>　　7.2 使用Midas Civil進(jìn)行伸縮力的有限元初步分析66</p><p>　　7.2.1 建立節(jié)點(diǎn)66&l

29、t;/p><p>　　7.2.2 建立單元67</p><p>　　7.2.3建立聯(lián)接68</p><p>　　7.2.4添加荷載69</p><p>　　7.2.5運(yùn)行分析70</p><p>　　7.2.6 查看結(jié)果70</p><p>　　7.3 使用Midas Civil進(jìn)行撓曲力

30、的有限元初步分析71</p><p>　　7.3.1 撓曲力第一種情況71</p><p>　　7.3.2撓曲力第二種情況72</p><p>　　7.4 學(xué)習(xí)使用Midas Civil的總結(jié)73</p><p>　　第八章結(jié)論與展望74</p><p>　　8. 1主要結(jié)論74</p>&l

31、t;p>　　5.2存在的問(wèn)題及展望74</p><p><b>　　致謝76</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)77</b></p><p><b>　　無(wú)縫線路概述</b></p><p>　　無(wú)縫線路是現(xiàn)代化鐵路的軌道結(jié)構(gòu)型式。鋪設(shè)無(wú)縫線路以后，可以大

32、大降低線路及機(jī)車車輛的養(yǎng)護(hù)和修理費(fèi)用，改善列車運(yùn)行的平穩(wěn)性，提高軌道電路的可靠性和導(dǎo)電性，延長(zhǎng)軌道部件及機(jī)車車輛走行部分的使用年限。</p><h3>　　1.1 國(guó)內(nèi)外無(wú)縫線路的發(fā)展</h2><p>　　德國(guó)是發(fā)展無(wú)縫線路最早的國(guó)家。1926年在線路上鋪設(shè)了120m長(zhǎng)的鋼軌；1935年鋪設(shè)了1km長(zhǎng)的無(wú)縫線路試驗(yàn)段;1945年做出了無(wú)縫線路的規(guī)定。到1961年底，原聯(lián)邦德國(guó)無(wú)縫線路總長(zhǎng)

33、達(dá)到了29000km，1974年底達(dá)到了53000km，占線路總延長(zhǎng)的79.3%。有79%的道岔也焊成了無(wú)縫道岔，并與道岔前后的長(zhǎng)鋼軌焊連在一起。</p><p>　　美國(guó)于1930年首先在隧道內(nèi)鋪設(shè)了無(wú)縫線路，于1933年正式鋪設(shè)于露天的線路上。美國(guó)于1933~1936年期間，大約鋪設(shè)無(wú)縫線路170km，以后時(shí)有間斷，發(fā)展速度比較緩慢。從1950年起，隨著一些固定焊軌工廠的建立才有一個(gè)新的局面。美國(guó)鋪設(shè)無(wú)縫線路

34、的總延長(zhǎng)：1960年為7236km；1970年之后每年以8000km的速度遞增，最多時(shí)年鋪設(shè)10000km。到1979年底全美已有無(wú)縫線路超過(guò)12000km，是世界鋪設(shè)無(wú)縫線路最多的國(guó)家。</p><p>　　法國(guó)也是發(fā)展無(wú)縫線路較早的國(guó)家。法國(guó)的無(wú)縫線路多數(shù)是使用伸縮調(diào)節(jié)器的溫度應(yīng)力式構(gòu)造。軌下基礎(chǔ)多為雙塊式混凝土軌枕、碎石道床，軌枕使用雙彈性扣件與鋼軌相連。法國(guó)于1948~1949年期間進(jìn)行了大量鋪設(shè)試驗(yàn)，而

35、后即推廣開來(lái)。到1951年為92km；1952年為805km；1956年為3200km；1960年為6380km；1970年為12900km，并繼續(xù)以每年約660km的速度發(fā)展。</p><p>　　原蘇聯(lián)鐵路1935年于莫斯科近郊的車站鋪設(shè)了第一段無(wú)縫線路，軌條長(zhǎng)約600m。由于蘇聯(lián)大部分地區(qū)溫度變化幅度較大，最大幅差高達(dá)115℃，所以影響了無(wú)縫線路的發(fā)展，直到1956年才正式開始鋪設(shè)。累計(jì)延長(zhǎng)至1960年約為

36、15000km，1970年約為16000km。近十年發(fā)展較快，至今已有無(wú)縫線路50000余公里，約占營(yíng)業(yè)線的36%，擔(dān)負(fù)鐵路運(yùn)量的50%。所用鋼軌為50kg/m或65kg/m，多使用混凝土軌枕、碎石道床。英國(guó)的軌溫差最大僅67℃，適宜鋪設(shè)無(wú)縫線路。至1978年底已鋪設(shè)無(wú)縫線路14565km，占線路總延長(zhǎng)的31%左右。英國(guó)鐵路的無(wú)縫線路大部分使用BS113A型鋼軌（56kg/m），軌下基礎(chǔ)為混凝土枕或木枕，碎石道床。</p>

37、<p>　　日本于50年代開始鋪設(shè)無(wú)縫線路，現(xiàn)已鋪設(shè)5000余公里。日本的無(wú)縫線路軌條</p><p>　　最長(zhǎng)為1500m，兩端設(shè)置伸縮調(diào)節(jié)器。近年來(lái)建成的新干線，未經(jīng)有縫線路過(guò)渡，直接鋪成了無(wú)縫線路。新干線最初曾采用50kg/m鋼軌，現(xiàn)已全部用60kg/m鋼軌更替，軌下基礎(chǔ)采用混凝土枕，碎石道床，部分采用板式軌道，鋼軌與軌枕的聯(lián)結(jié)采用雙彈性扣件。</p><p>　　我國(guó)鐵

38、路無(wú)縫線路起步于1957年，當(dāng)時(shí)用電弧焊法焊接鋼軌，首先在北京、上海兩地各試鋪無(wú)縫線路1km。次年擴(kuò)大了試鋪范圍，有較多鐵路局鋪設(shè)了無(wú)縫線路，當(dāng)年累計(jì)30余公里。以后引進(jìn)工廠焊，在工廠采用氣壓焊機(jī)和電接觸焊機(jī)將鋼軌焊成125~500m的長(zhǎng)軌條運(yùn)至工地，再按軌條設(shè)計(jì)長(zhǎng)度用鋁熱焊法焊接聯(lián)合接頭。工地焊長(zhǎng)一般為1000~1500m。長(zhǎng)軌條鋪入線路之后，在長(zhǎng)軌條之間設(shè)2~4根緩沖軌，用普通夾板聯(lián)接，以利調(diào)節(jié)軌縫和設(shè)置絕緣接頭。目前全路已建成15

39、個(gè)焊軌廠，多采用瑞士GAas-80和蘇聯(lián)K-190ⅡΚ接觸焊機(jī)。京廣、京滬、京沈、隴海、長(zhǎng)大等主要干線幾乎全是無(wú)縫線路。全路總延長(zhǎng)約1.8萬(wàn)公里。多為50kg/m和60kg/m的鋼軌，大部分軌下基礎(chǔ)為混凝土軌枕。最近又籌劃發(fā)展超長(zhǎng)無(wú)縫線路，采用長(zhǎng)2.6m的Ⅲ型軌枕。</p><p>　　隨著無(wú)縫線路的迅速發(fā)展，各國(guó)鐵路都取得了一些新的經(jīng)驗(yàn)。如焊軌工廠的合理設(shè)計(jì)；工地焊接聯(lián)合接頭和斷軌再焊的新設(shè)備新工藝；舊軌整修后

40、焊成長(zhǎng)鋼軌，鋪設(shè)舊軌無(wú)縫線路；結(jié)合力很強(qiáng)的膠結(jié)絕緣接頭；運(yùn)輸效率很高的多層長(zhǎng)鋼軌運(yùn)輸列車；新型長(zhǎng)鋼軌更換作業(yè)車；碳素鋼鋼軌與錳鋼轍叉的焊接工藝；特大橋上和小半徑曲線上鋪設(shè)無(wú)縫線路的理論和經(jīng)驗(yàn)等等。此外，在養(yǎng)護(hù)維修方面，除繼續(xù)對(duì)無(wú)縫線路的穩(wěn)定性，做進(jìn)一步探索外，還總結(jié)和制定了一些管理規(guī)則和確保行車安全的措施。這些都有利于減少對(duì)無(wú)縫線路鋪設(shè)的限制，使它在更廣泛的范圍得以發(fā)展。</p><h3>　　1.2 無(wú)縫線路類

41、型</h2><p>　　按處理焊接長(zhǎng)鋼軌因軌溫變化而引起收縮方法的不同，無(wú)縫線路分為溫度應(yīng)力式和放散溫度應(yīng)力式兩種。</p><p>　　溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路是由一根長(zhǎng)鋼軌及兩端2~4根標(biāo)準(zhǔn)軌組成。兩端接頭采用魚尾板接頭型式。在無(wú)縫線路鋪設(shè)鎖定后，鋼軌不能因溫度變化而自由收縮，因而在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生溫度力，溫度力大小隨軌溫變化而不同。一般并不放散其鋼軌的溫度力。這種型式的無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需

42、要特殊設(shè)備，鋪設(shè)維修方便，在溫差不大的地區(qū)，鋼軌承受的溫度力也不會(huì)太大，是一種比較好的結(jié)構(gòu)型式。</p><p>　　放散溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路又分為自動(dòng)放散式和定期放散式兩種。一般在溫度差較大地區(qū)和特大橋上（如南京長(zhǎng)江大橋），為了消除和減少鋼軌內(nèi)的溫度力和盡量消除橋梁收縮附加力的影響，而采取自動(dòng)放散溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路。</p><p>　　大橋上鋪設(shè)的自動(dòng)放散式無(wú)縫線路，系在焊接長(zhǎng)鋼軌兩端設(shè)

43、置鋼軌收縮調(diào)節(jié)器，隨時(shí)釋放溫度力。</p><p>　　路基上鋪設(shè)的自動(dòng)放散式無(wú)縫線路，系在焊接長(zhǎng)鋼軌兩端設(shè)置類似橋梁溫度調(diào)節(jié)器的鋼軌收縮頭，并使用特殊制造的中間扣件，不設(shè)防爬器，使鋼軌在墊板上能隨軌溫變化而自由收縮，以自動(dòng)放散應(yīng)力。另外還設(shè)有消除列車作用下引起的爬行的彈簧復(fù)原裝置。由于其設(shè)備復(fù)雜，缺點(diǎn)很多，這種型式的無(wú)縫線路已趨于淘汰。</p><p>　　定期放散式無(wú)縫線路與溫度應(yīng)力式

44、相同。根據(jù)當(dāng)?shù)剀墱貤l件，把鋼軌內(nèi)部的溫度力每年調(diào)整放散1~2次。放散時(shí)，松開焊接長(zhǎng)鋼軌的全部扣件，使它自由收縮，放散內(nèi)部溫度力，應(yīng)用更換緩沖區(qū)不同長(zhǎng)度調(diào)節(jié)軌的辦法，保持必要的軌縫。定期放散溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路適用于溫差較大的寒冷地區(qū)（年軌溫差超過(guò)95゜C）。在我國(guó)東北的寒冷地區(qū)，曾試鋪過(guò)這種形式的無(wú)縫線路。</p><h3>　　1.3 橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)原則</h2><p>　?。?）無(wú)縫

45、線路設(shè)計(jì)要最大限度地減小軌道和橋梁所承受的附加縱向力，使橋上線路具有廣泛鋪設(shè)無(wú)縫線路的可能性。</p><p>　　（2）無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，既要滿足軌道強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求，又要使橋梁受力合理，以保證橋梁和軌道運(yùn)營(yíng)的安全、可靠。</p><p>　?。?）應(yīng)盡可能增加焊接軌條的長(zhǎng)度，減少橋梁及其附近的鋼軌接頭。提高軌道的整體性，以適應(yīng)高速和重載運(yùn)輸?shù)男枰?lt;/p><p

46、>　?。?）無(wú)縫線路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要考慮便于線路的養(yǎng)護(hù)維修。</p><h3>　　1.4 橋上無(wú)縫線路縱向力計(jì)算研究概況</h2><p>　　在橋上無(wú)縫線路的設(shè)計(jì)與計(jì)算中既可以采用常量阻力，也可以采用變量阻力。采用常量阻力計(jì)算時(shí)，梁軌位移的微分方程可轉(zhuǎn)化成代數(shù)方程，使計(jì)算過(guò)程大為簡(jiǎn)化，易于被工程技術(shù)人員所接受，因此現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范中傾向于采用常量阻力。但每跨橋梁只假設(shè)有一個(gè)梁軌位移相同

47、點(diǎn)，不能處理梁軌間位移可能出現(xiàn)的沒(méi)有相同點(diǎn)和有兩個(gè)或兩個(gè)以上相同點(diǎn)的情況。而現(xiàn)有的變量線路縱向阻力的微分方程法又計(jì)算量較大，較為繁瑣且缺乏通用性。在梁軌相對(duì)位移較小時(shí)，線性阻力和非線性阻力均能得到較為滿意的結(jié)果；但當(dāng)梁軌相對(duì)位移較大時(shí)（如大跨度梁的計(jì)算），鋼軌與橋梁之間的縱向阻力表現(xiàn)出彈塑性特征，采用常量阻力會(huì)產(chǎn)生較大的誤差?？紤]彈塑性線路阻力的橋上無(wú)縫線路計(jì)算理論的研究是無(wú)縫線路研究的難點(diǎn)，目前雖然在這方面取得了一定進(jìn)展，但還有很多問(wèn)

48、題尚待深入研究。</p><p>　　迄今為止，我國(guó)對(duì)簡(jiǎn)支梁橋橋上無(wú)縫線路附加力的分析已取得了較為豐富的理論成果，但對(duì)于大跨度連續(xù)梁橋，由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，如連續(xù)剛構(gòu)橋（其不僅具有橋面連續(xù)、行車舒適等優(yōu)點(diǎn)外，而且其上部結(jié)構(gòu)受力合理，能充分發(fā)揮高強(qiáng)材料的作用，有利于增大跨徑，因此，近十年來(lái)在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用和大量的推廣），給橋上無(wú)縫線路的研究帶來(lái)了新的課題，同時(shí)也要求橋上無(wú)縫線路技術(shù)向更深的層次發(fā)展。</

49、p><h4>　　1.4.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀</h2><p>　　德國(guó)是最早發(fā)展高速鐵路的國(guó)家之一，早在1964年Siekmeier就對(duì)軌道阻力—位移進(jìn)行了研究。德國(guó)針對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)速250km/h，實(shí)際時(shí)速不低于200km/h的新干線無(wú)縫線路橋梁的設(shè)計(jì)與施工制定了《鐵路新干線橋梁的特殊規(guī)程（BESB）》，并在1985年生效。其中匯集了德國(guó)有關(guān)高速鐵路橋上無(wú)縫線路的大量科研與試驗(yàn)成果。它詳細(xì)規(guī)定了高

50、速行駛列車形成的離心力、牽引力，以及結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力、無(wú)縫線路軌道縱向水平力傳遞的計(jì)算原則、方法等，并專門介紹了德國(guó)傳遞縱向力的幾種特殊結(jié)構(gòu)：RSB傳力桿、徐變連結(jié)器、縱向連結(jié)器、減少鋼軌伸縮長(zhǎng)度的平衡梁。多跨簡(jiǎn)支梁伸縮力的計(jì)算結(jié)果與我國(guó)的計(jì)算結(jié)果接近，且認(rèn)為在多跨簡(jiǎn)支梁的全橋活動(dòng)端方向設(shè)置三跨跨度遞減的簡(jiǎn)支梁可以減少鋼軌縱向應(yīng)力與水平支點(diǎn)反力，縱向阻力不僅與鋼軌相對(duì)位移量有關(guān)，與軌道受載或不受載亦有區(qū)別，縱向阻力分位移阻力與爬行阻力兩種，

51、墩頂位移由三部分組成：墩身彎曲、擴(kuò)大基礎(chǔ)或樁基傾斜、整個(gè)基礎(chǔ)水平位移，并需要研究橋墩基礎(chǔ)的剛度系數(shù)，區(qū)分首次加載、重復(fù)加載的剛度系數(shù)，以及短期加載引起的“動(dòng)力剛度系數(shù)”。德國(guó)鐵路還應(yīng)用有限單元法，根據(jù)橋梁與線路間的相互作用關(guān)系，建</p><p>　　日本鐵路60年代初期就開始研究橋上鋼軌伸縮力的計(jì)算，并在其新干線段試鋪了無(wú)縫線路，引起了各國(guó)的關(guān)注。日本鐵路規(guī)定了各種跨度橋梁鋪設(shè)無(wú)縫線路的技術(shù)條件，且在橋梁墩臺(tái)的

52、計(jì)算中就考慮了無(wú)縫線路縱向力的作用。在鋼橋上，日本根據(jù)梁長(zhǎng)和橋長(zhǎng)的不同來(lái)決定橋梁支座的布置方式、伸縮調(diào)節(jié)器的設(shè)置和橋上線路縱向阻力等。鋼橋跨度在25m及其以下、橋長(zhǎng)不超過(guò)70m時(shí)，線路縱向阻力隨橋長(zhǎng)的增加而增大，有0、5、10kN/（m·線）之分。在木枕線路、明橋面上，跨度60m及以上的橋梁在其活動(dòng)端設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器?？缍仍?0m以下，橋長(zhǎng)大于60m的橋梁，將相鄰橋墩的固定支座設(shè)在同一橋墩上，線路阻力采用15kN/（m

53、83;線）。但在既有線上，考慮60kg/m鋼軌的發(fā)展，不論梁或橋的長(zhǎng)度是多少，線路縱向阻力一律采用10kN/（m·線）。在板式軌道橋梁上也采用同樣的取值。橋上鋼軌折斷的容許斷縫值：50kg/m鋼軌為50mm，60kg/m鋼軌為69mm。</p><p>　　美國(guó)鐵路規(guī)定，橋上鋪設(shè)無(wú)縫線路時(shí)，跨度大于或等于30英尺（91.4 m）的鋼梁橋，或總長(zhǎng)大于500英尺（152.39m），曲線轉(zhuǎn)角為2°，

54、在梁的活動(dòng)端應(yīng)設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器；橋上軌道要安設(shè)彈簧防爬器，其數(shù)量視橋跨長(zhǎng)度而定。</p><p>　　前蘇聯(lián)鐵路規(guī)定，在跨度大于33m的橋上鋪設(shè)無(wú)縫線路時(shí)，橋上線路要使用一定數(shù)量的K型扣件鋼軌。在單跨超過(guò)55m和多跨總長(zhǎng)超過(guò)66m的橋上鋪設(shè)無(wú)縫線路時(shí)，要按交通部的有關(guān)規(guī)定辦理。在20世紀(jì)70年代，有P.E.Pomogajev、S.K.Linov和N.P.Vinogorov等人進(jìn)行了研究。</p>&

55、lt;p>　　20世紀(jì)60年代中期至80年代中期，國(guó)際鐵路聯(lián)盟（UIC）試驗(yàn)研究所（ORE）完成了橋上制動(dòng)力、加速力及軌道與上部結(jié)構(gòu)間的相互作用關(guān)系研究，參加單位有德國(guó)聯(lián)邦鐵路、法國(guó)國(guó)營(yíng)鐵路、原捷克斯洛伐克國(guó)家鐵路、奧地利聯(lián)邦鐵路以及荷蘭鐵路等八個(gè)國(guó)家參加，此項(xiàng)研究偏重于試驗(yàn)，試驗(yàn)準(zhǔn)備充分，測(cè)試計(jì)劃周密，所得的結(jié)果極具參考價(jià)值，在理論方面也做了開創(chuàng)性的工作。南斯拉夫鐵路的S.Rankovic對(duì)于線性與非線性計(jì)算進(jìn)行了對(duì)比。1985

56、年捷克鐵路橋梁教研室的Ladislav FRYBA假設(shè)線路阻力系數(shù)為常數(shù)，建立微分方程，得出解析解的表達(dá)式，這篇《無(wú)縫線路溫度力與鐵路橋梁相互作用》的論文，對(duì)我國(guó)橋上無(wú)縫線路的研究有較大的影響。隨著現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)的發(fā)展加速，拓展了橋上無(wú)縫線路計(jì)算理論的研究，使得計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)在橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。目前，西歐已建立了多種數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬分析計(jì)算，荷蘭特而夫脫大學(xué)研究了PROLIS計(jì)算程序，采用有限元方法對(duì)多種軌道

57、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和比較。</p><h4>　　1.4.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</h2><p>　　我國(guó)以往的研究成果大多針對(duì)普通鐵路無(wú)縫線路，國(guó)際鐵路聯(lián)盟試驗(yàn)研究所（ORE）在60至80年代關(guān)于縱向力的系統(tǒng)試驗(yàn)研究也是在既有普通鐵路進(jìn)行的，與普通線路相比，高速鐵路的線路條件、荷載條件、橋梁都有較大的區(qū)別，普通鐵路及國(guó)外的研究成果不能完全照搬到我國(guó)高速鐵路。我國(guó)高速鐵路橋上無(wú)縫線路附加力的研究更

58、具有其特殊重要的意義。近年來(lái)，由于新建橋梁不斷采用新的橋式，給橋上無(wú)縫線路的研究帶來(lái)了新的課題，同時(shí)也推動(dòng)了橋上無(wú)縫線路技術(shù)向更深的層次發(fā)展。在我國(guó)鐵路上，總長(zhǎng)超過(guò)200m的橋梁鋪設(shè)無(wú)縫線路，至少已有500余座，無(wú)縫線路研究人員及各大有關(guān)高等院校結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)新建重要干線鐵路的橋梁預(yù)留無(wú)縫線路荷載及橋上無(wú)縫線路軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，取得了階段性的成就。</p><p>　　從20世紀(jì)60年代開始，我國(guó)鐵路對(duì)橋上無(wú)

59、縫線路梁軌相互作用原理進(jìn)行了大量的研究。并在大跨度鋼橋上鋪設(shè)了無(wú)縫線路。通過(guò)對(duì)大跨度鋼橋橋面系在溫度變化和列車荷載作用下的變形與軌道產(chǎn)生縱向力的關(guān)系進(jìn)行了研究，擬定了撓曲力、伸縮力的計(jì)算方法。以后相繼在武漢、南京、九江的長(zhǎng)江大橋上鋪設(shè)了無(wú)縫線路。無(wú)縫線路研究人員從1966年開始進(jìn)行附加縱向（伸縮）力的試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上建立了計(jì)算理論，認(rèn)為橋上無(wú)縫線路最大伸縮力按橋梁總長(zhǎng)度之半乘以線路縱向阻力計(jì)算不妥，它的錯(cuò)誤在于沒(méi)有從橋梁和鋼軌受力或位移

60、的相互作用關(guān)系上建立計(jì)算的平衡條件。60年代至70年代主要以32m梁為研究對(duì)象，80年代普遍采納和應(yīng)用了在研究梁軌相互作用原理基礎(chǔ)上建立的中、小跨度橋上無(wú)縫線路伸縮力、撓曲力的計(jì)算理論和方法。90年代以來(lái)，按照可靠度理論編制了橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)，對(duì)大量的撓曲力、伸縮力實(shí)橋測(cè)試資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到了撓曲力、伸縮力以及有關(guān)計(jì)算參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征，為橋梁設(shè)計(jì)預(yù)留無(wú)縫線路荷載值提供了依據(jù)。</p><p>　　1994年耿傳智

61、根據(jù)梁軌相互作用原理和橡膠支座的特性，提出了橡膠支座橋上無(wú)縫線路的伸縮附加力、撓曲附加力、斷軌力及支座反力的計(jì)算方法；并以中跨度的無(wú)碴無(wú)枕梁為例進(jìn)行計(jì)算，將其與固定－活動(dòng)支座簡(jiǎn)支梁的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，為橋上無(wú)縫線路和橋梁墩臺(tái)設(shè)計(jì)提供了理論計(jì)算依據(jù)。</p><p>　　1997年黎國(guó)清、莊軍生等采用平面體系建立線路與橋梁的相互作用力學(xué)模型，將軌道（鋼軌）、道碴層、橋梁結(jié)構(gòu)、支座、墩臺(tái)、基礎(chǔ)作為整體來(lái)考慮。梁體采

62、用平面應(yīng)力二維實(shí)體單元；道床采用線性桁式桿單元，材料特性根據(jù)軌道縱向阻力與梁軌相對(duì)關(guān)系來(lái)選擇；鋼軌采用線性材料桿單元。橋外路基上鋼軌長(zhǎng)度L1>L0＋40m（L0為各孔梁?jiǎn)慰卓缍鹊钠骄担r(shí)，可滿足計(jì)算精度的要求。通過(guò)計(jì)算分析橋上無(wú)縫線路附加力，給出高速鐵路橋上鋼軌容許附加應(yīng)力值，提出橋梁下部結(jié)構(gòu)剛度應(yīng)有的合理下限或應(yīng)采取其它措施以使鋼軌附加應(yīng)力滿足要求，并指出墩臺(tái)頂承受的縱向力大于現(xiàn)行規(guī)范的取值。</p><p

63、>　　2001年楊夢(mèng)蛟、刑建鑫采用平面桿系建立軌道結(jié)構(gòu)與橋梁相互作用的力學(xué)模型。將軌道結(jié)構(gòu)、梁體、支座、墩臺(tái)、基礎(chǔ)作為整體來(lái)考慮。橋梁和軌道的聯(lián)結(jié)采用非線性梁?jiǎn)卧M，其材料彈性模量和屈服應(yīng)力通過(guò)軌道縱向位移阻力與梁軌相對(duì)位移關(guān)系的雙折線化確定；同時(shí)為考慮梁跨撓曲對(duì)無(wú)縫線路鋼軌受力的影響，梁跨高度采用剛臂模擬。由此得到的鋼軌附加力和梁、軌位移與用變形微分方程計(jì)算所得值相比較，證實(shí)這一力學(xué)模型的合理性。陳丹華的對(duì)簡(jiǎn)支梁長(zhǎng)橋采用質(zhì)量法

64、進(jìn)行簡(jiǎn)化，將軌、梁、碴、墩的特性集中于墩臺(tái)上，根據(jù)機(jī)車動(dòng)力學(xué)原理得出軌面制動(dòng)力時(shí)程，對(duì)制動(dòng)作用下的橋墩進(jìn)行了動(dòng)力反應(yīng)分析。對(duì)短橋建立了整體化模型，模擬縱向阻力的抗彎桿件為一端鉸接一端固定的計(jì)算模型，并根據(jù)杠桿原理用空間離散法將制動(dòng)力離散到橋上節(jié)點(diǎn)，獲得節(jié)點(diǎn)時(shí)程，為下一步輸入梁軌整體模型進(jìn)行計(jì)算準(zhǔn)備。</p><p>　　2003年徐慶元、陳秀方在國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上建立了考慮鋼軌－軌枕－梁體相互作用的連續(xù)梁橋上

65、無(wú)縫線路梁軌相互作用的力學(xué)模型。用該模型分析連續(xù)梁橋上無(wú)縫線路附加力分布規(guī)律，與以往不考慮軌枕位移的影響的計(jì)算模型進(jìn)行比較得出結(jié)果：撓曲附加力及斷軌力受扣件阻力影響很大，降低幅度最多，伸縮附加力受扣件阻力影響小些，降低幅度次之；制動(dòng)附加力與扣件阻力關(guān)系不大，鋼軌斷縫值受扣件阻力影響很大，降低扣件阻力將導(dǎo)致斷縫增大。這一年，在我國(guó)第一條客運(yùn)專線上進(jìn)行了設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，橋上無(wú)縫線路附加力的綜合試驗(yàn)研究及在沙河特大橋上進(jìn)行了DF11旅客列

66、車制動(dòng)試驗(yàn)。謝曉暉在陳秀方教授的指導(dǎo)下提出了用廣義變分原理計(jì)算無(wú)縫線路伸縮力的計(jì)算方法。即先根據(jù)以往試驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果擬定鋼軌伸縮力的變化函數(shù)，再根據(jù)鋼軌位移和伸縮力的微分關(guān)系得到鋼軌的位移函數(shù)，從而結(jié)合結(jié)構(gòu)的邊界和變形協(xié)調(diào)條件并應(yīng)用廣義變分原理獲得所需解答，開辟了求解橋上無(wú)縫線路縱向附加力計(jì)算的新領(lǐng)域。潘自立以國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)資料為基礎(chǔ)并選用合理的力學(xué)參數(shù)，將軌道結(jié)構(gòu)、橋梁作為一個(gè)整體，劃分為桿件單元，支座、墩臺(tái)、基礎(chǔ)作為外加約束，分析其受力特

67、性。根據(jù)梁軌間的力學(xué)機(jī)理，</p><p>　　2004年徐慶元、周小林等從理論上并以三跨連續(xù)梁為例證明了采用常量線路阻力的計(jì)算模型計(jì)算橋上無(wú)縫線路伸縮附加力時(shí)，當(dāng)跨徑很大有可能不存在有力學(xué)意義的解，計(jì)算撓曲附加力時(shí)，當(dāng)荷載較小有可能不存在有力學(xué)意義的解。針對(duì)常量阻力計(jì)算模型的缺點(diǎn)，建議對(duì)大跨度鐵路橋梁應(yīng)采用變量線路阻力計(jì)算模型。王平、陳小平以線－橋－墩為一體用有限單元法建立了橋上無(wú)縫線路的計(jì)算模型，考慮相鄰軌條

68、及橋墩縱向剛度的影響，計(jì)算了一根鋼軌折斷后的開口量，并比較分析了不考慮相鄰軌條限制作用、不考慮橋墩縱向剛度、多根軌條同時(shí)折斷等簡(jiǎn)化算法的計(jì)算偏差，為橋上是否設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器提供了依據(jù)。</p><p>　　2006年朱文珍、陳秀方以國(guó)內(nèi)外研究成果及試驗(yàn)資料為基礎(chǔ)，采用分段線性理想彈塑性縱向阻力形式，建立傳力明確、易于編程并能模擬梁軌相互作用原理的線－橋－墩一體化有限元計(jì)算模型，運(yùn)用能量變分原理建立力學(xué)求解方程組

69、，并用荷載細(xì)步增量法求解。研究了鐵路簡(jiǎn)支梁橋、一般連續(xù)梁橋、新型鐵路橋梁的縱向附加力及其特性。唐樂(lè)、陳秀方在綜合考慮梁軌相互作用、墩頂位移、樁土相互作用的基礎(chǔ)上結(jié)合有限元理論建立了“軌－梁－墩－基礎(chǔ)”一體化有限元模型，采用變量阻力參數(shù)，利用MATLAB語(yǔ)言編制了橋上無(wú)縫線路縱向附加力計(jì)算程序。結(jié)合實(shí)際工點(diǎn)計(jì)算分析了橋梁墩臺(tái)縱向水平線剛度對(duì)橋上無(wú)縫線路附加力的影響，并結(jié)合橋墩線剛度控制條件探討了連續(xù)梁橋墩縱向水平線剛度的限值。</p

70、><h2>　　第二章橋上無(wú)縫線路縱向力計(jì)算理論</h2><p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　橋上無(wú)縫線路與路基上的不同，其鋼軌除受溫度力作用之外，還受橋上附加縱向力作用。</p><h4>　　2.1.1橋上無(wú)縫線路鋼軌承受的縱向附加力</h2><p><b>

71、;　　（1）伸縮附加力</b></p><p>　　梁因溫度變化而伸縮。在明橋面上，梁上翼緣的這種縱向變形（即伸縮和位移），將梁、軌間的聯(lián)結(jié)約束，使鋼軌受到縱向力的作用。在有碴橋上，道床也會(huì)對(duì)梁、軌間的相對(duì)位移產(chǎn)生一定的約束阻力。伴隨溫度變化，因梁軌相互作用而引起的鋼軌縱向附加力稱之為伸縮力。</p><p><b>　?。?）撓曲附加力</b></

72、p><p>　　在列車荷載作用下梁因撓曲而產(chǎn)生變形位移，在梁的撓曲過(guò)程中，由梁軌相互作用而引起的鋼軌縱向附加力稱之為撓曲力。</p><p><b>　?。?）制動(dòng)附加力</b></p><p>　　如果列車在橋上制動(dòng)，列車制動(dòng)引起的鋼軌伸縮，橋上無(wú)縫線路鋼軌產(chǎn)生制動(dòng)附加力。</p><p>　　以上鋼軌縱向附加力通過(guò)梁軌相

73、互作用又反作用于梁跨和固定支座，使橋梁墩臺(tái)產(chǎn)生彈性變形，墩頂發(fā)生縱向位移。</p><h4>　　2.1.2橋上無(wú)縫線路墩臺(tái)承受的縱向附加力</h2><p><b>　　（1）伸縮附加力</b></p><p>　　橋上無(wú)縫線路鋼軌伸縮反作用于墩臺(tái)的伸縮附加力。</p><p><b>　　（2）撓曲附加力&

74、lt;/b></p><p>　　橋上無(wú)縫線路鋼軌撓曲力反作用于墩臺(tái)的作用力。</p><p><b>　?。?）斷軌力</b></p><p>　　如果在橋上發(fā)生斷軌，或者無(wú)縫線路的伸縮區(qū)設(shè)在橋上，鋼軌的伸縮也會(huì)通過(guò)梁、軌間的約束使墩臺(tái)和固定支座受到斷軌力的作用。</p><p><b>　?。?）制動(dòng)

75、附加力</b></p><p>　　如果列車在橋上制動(dòng)，列車制動(dòng)引起的鋼軌軌伸縮通過(guò)梁軌相互作用傳遞到墩臺(tái)，使墩臺(tái)的固定支座承受制動(dòng)附加力。</p><p>　　所有這些互為因果的作用，可歸結(jié)為梁、軌的相互作用。橋上無(wú)縫線路的設(shè)計(jì)檢算就是通過(guò)對(duì)梁軌相互作用的分析，求得梁的位移分布，鋼軌的位移分布和縱向力分布、墩臺(tái)受力和墩頂位移，對(duì)鋼軌和墩臺(tái)進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性檢算，并通過(guò)橋上無(wú)縫線

76、路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減小梁軌間的相互作用，從而確保橋上無(wú)縫線路的安全。</p><p>　　在橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)控制梁軌間的附加縱向力，使之滿足以下要求：</p><p>　?。?）控制長(zhǎng)鋼軌縱向壓力值，以防止橋上無(wú)縫線路脹軌跑道。</p><p>　?。?）控制長(zhǎng)鋼軌縱向拉力值，以滿足鋼軌強(qiáng)度要求。</p><p>　?。?）控制低溫時(shí)鋼軌折斷時(shí)

77、的斷縫值，確保行車安全。</p><p>　?。?）控制橋梁墩臺(tái)的縱向水平力值，以確保橋梁的安全使用。</p><h3>　　2.2 梁軌相互作用原理</h2><p>　　梁軌相互作用原理：因溫度變化或列車荷載的作用，梁縱向位移，隨著梁的位移，橋面系帶動(dòng)軌枕及扣件縱向位移，并通過(guò)扣件對(duì)長(zhǎng)鋼軌施加縱向力，鋼軌受力變形后，對(duì)橋梁作用大小相等、方向相反的反作用力，此力通

78、過(guò)梁、支座傳遞至墩臺(tái)。梁軌間的相互作用，使得橋梁、鋼軌最終達(dá)到一個(gè)相互約束、相互作用的力學(xué)平衡體系。</p><p>　　任取一微段長(zhǎng)度的鋼軌為自由體來(lái)分析其平衡條件，如圖2-1所示。設(shè)鋼軌以受拉為正，坐標(biāo)以向右為正，梁的位移△和鋼軌位移y均以向右為正。梁軌相對(duì)位移z為：</p><p><b>　　z=y-△ （1）</b></p><p>

79、　　當(dāng)鋼軌的位移大于梁的位移時(shí)，z為正。</p><p>　　圖2-1 梁軌位移圖</p><p>　　p(z)表示梁軌間的縱向約束阻力，即線路縱向阻力。p是z的函數(shù)。當(dāng)梁產(chǎn)生位移時(shí)，p(z)是梁作用于鋼軌的縱向分布荷載。</p><p>　　由力的平衡條件可得：</p><p><b>　?。?）</b></p

80、><p><b>　　即：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　由虎克定律知：</b></p><p><b>　　（4）</b></p><p>　　式中：E——鋼軌鋼的彈性模量</p

81、><p><b>　　F——鋼軌的截面積</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　由式（1）知：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式（6）代入式（5）得：&

82、lt;/p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式（7）為梁軌相對(duì)位移微分方程，反映了鋼軌縱向受力的靜力平衡條件，是求解橋上無(wú)縫線路縱向力問(wèn)題的基本微分方程。根據(jù)邊界條件，采用數(shù)值方法，可求得鋼軌位移量和縱向附加力。</p><p>　　1. 線路縱向阻力函數(shù)p(z) 為常量</p><p><b&

83、gt;　　由式（3）得：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　對(duì)式（8）積分得到鋼軌力的分布函數(shù)：</p><p><b>　　（9）</b></p><p>　　可知P為x的線性分布，如x從0到l，作出鋼軌力的分布函數(shù)圖如下：</p>

84、<p>　　圖2.2 鋼軌力的分布函數(shù)圖</p><p>　　式（9）代入式（3）得：</p><p><b>　?。?0）</b></p><p>　　對(duì)式（10）積分得到鋼軌位移的分布函數(shù)：</p><p><b>　?。?1）</b></p><p>　　由

85、上式可知位移為x的二次函數(shù)，在鋼軌力分布圖中為x點(diǎn)以左陰影部分的面積，那么</p><p><b>　　（12）</b></p><p>　　2. 線路縱向阻力函數(shù)p(z) 為變量</p><p>　　假設(shè)，將其代入式（7）有：</p><p><b>　?。?3）</b></p>&

86、lt;p>　　式（13）為二階非線性微分程，可用龍格—庫(kù)塔（Runge-Kutta）法求解。</p><p>　　第三章縱向附加力的計(jì)算</p><h3>　　3.1 伸縮附加力計(jì)算</h2><h4>　　3.1.1 基本假設(shè)</h2><p>　　（1）假設(shè)簡(jiǎn)支梁固定支座與梁端完全固結(jié)，活動(dòng)支座的阻力可忽略不計(jì)。</p>

87、<p>　?。?）梁的溫度變化僅為單純的升溫或降溫，不考慮其交替變化，并取一天內(nèi)的最大溫差計(jì)算梁的伸縮量，按設(shè)計(jì)暫歸取下列設(shè)計(jì)值：</p><p>　　有碴軌道混凝土梁：15℃</p><p>　　無(wú)碴軌道混凝土梁：20℃</p><p><b>　　鋼梁：25℃</b></p><p>　?。?）梁、軌間

88、的作用力，在無(wú)碴軌道上是通過(guò)鋼軌扣件傳遞；在有碴橋上是通過(guò)扣件阻力、道床阻力二者之中較小值傳遞。</p><p><b>　　3.1.2計(jì)算原理</b></p><p>　　梁因溫度變化而伸縮，并帶動(dòng)軌枕位移，軌枕位移使扣件產(chǎn)生縱向力，作用于鋼軌，這一作用力稱之為無(wú)縫線路的伸縮附加力。</p><p>　　橋上鋼軌伸縮附加力與梁軌溫差、線路縱向

89、位移阻力、橋梁跨度、跨數(shù)有關(guān)，而線路阻力的方向又由梁軌問(wèn)的相對(duì)位移來(lái)決定。</p><p>　　現(xiàn)以處于無(wú)縫線路固定區(qū)單孔簡(jiǎn)支梁橋?yàn)槔瑏?lái)闡述橋上無(wú)縫線路伸縮力的產(chǎn)生。當(dāng)溫度變化時(shí)，長(zhǎng)鋼軌產(chǎn)生虛應(yīng)變，不產(chǎn)生位移卻產(chǎn)生溫度力，而簡(jiǎn)支梁則隨著溫度變化產(chǎn)生伸縮位移量Ub，若梁的跨度為l．梁的溫度變化為△tb，則在簡(jiǎn)支梁的活動(dòng)端位移量Ub0=a△tbl。梁伸縮帶動(dòng)橋枕和扣件位移，扣件對(duì)長(zhǎng)鋼軌施加縱向力。此力為機(jī)械力，長(zhǎng)鋼

90、軌在此機(jī)械力作用下產(chǎn)生實(shí)應(yīng)變，且產(chǎn)生與梁位移方向相同的位移Ur，見(jiàn)圖，在臨近活動(dòng)端一定范圍內(nèi)Ub>Ur。兩端橋頭線路提供與梁位移方向相反的阻力，阻止長(zhǎng)鋼軌位移。</p><p><b>　　平衡條件</b></p><p>　　（1）梁跨內(nèi)存在梁軌位移相等點(diǎn)：</p><p>　?。?）在伸縮力影響范圍內(nèi)，鋼軌伸縮變形的代數(shù)和應(yīng)為零：&l

91、t;/p><p>　　圖3-1 伸縮力及梁軌位移圖</p><p>　　由于長(zhǎng)鋼軌是連續(xù)的，在梁的固定端，即使梁的位移量Ub=0，長(zhǎng)鋼軌依然產(chǎn)生位移Ur，故在梁的固定端及其臨近Ur>Ub，長(zhǎng)鋼軌位移并對(duì)梁施加縱向力，梁對(duì)長(zhǎng)鋼軌作用大小相等、方向相反的反作用力。梁軌位移量由梁的活動(dòng)端Ub>Ur，，至臨近固定端變?yōu)?Ur>Ub，相應(yīng)的梁軌間的縱向力也發(fā)生變化。在梁的活動(dòng)端及其鄰

92、近施力體是梁，作用在長(zhǎng)鋼軌上的縱向力與梁位移方向相同。在固定端及其鄰近，施力體是長(zhǎng)鋼軌，作用在鋼 軌上的縱向力與梁位移方向相反。故在每跨梁上可能存在Ur=Ub，在此截面上，作用于鋼軌上的軌道縱向阻力等于零。圖2．6所示為溫度升高情況下梁軌相互作用示意圖。若溫度下降，則梁位移方向及縱向力作用方向與圖示方向相反。</p><p>　　橋上鋼軌伸縮力與梁軌溫差、線路縱向位移阻力、橋梁跨度、跨數(shù)有關(guān)，而線路阻力的方向又由

93、梁軌間的相對(duì)位移來(lái)決定。如果梁上某一截面I因溫度上升而出現(xiàn)位移量Ubi大于同一截面鋼軌位移量Uri鋼軌將相對(duì)于梁固定端移動(dòng)，由此得到作用于鋼軌上指向活動(dòng)端的阻力方向。反之，如果Ubi<Uri，則得到作用于鋼軌上的指向固定端的阻力方向。</p><p>　　由于伸縮附加力有正有負(fù)，同時(shí)橋上和路基上提供縱向阻力也不相同，故伸縮附加力一般呈鋸齒狀分布。</p><p>　　梁因溫差而發(fā)生熱

94、脹冷縮，梁的收縮帶動(dòng)道床、扣件共同發(fā)生變形，從而</p><p>　　引起鋼軌產(chǎn)生與主梁伸縮方向一致的位移，而鋼軌的位移又受到橋墩固定支座</p><p>　　端或者路基的約束，使得鋼軌在主梁活動(dòng)端受壓；在固定端一側(cè)的線路則拉住</p><p>　　鋼軌限制與主梁一致的位移，使得鋼軌在主梁固定端受拉，在固定端與活動(dòng)端</p><p>　　之間

95、，必然有鋼軌縱向力由拉變壓的突變點(diǎn)。因梁溫度伸縮所引起的這種鋼軌</p><p>　　縱向力稱為伸縮附加力。鋼軌的伸縮附加力會(huì)通過(guò)支座傳遞到墩臺(tái)及基礎(chǔ)上，對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)同樣產(chǎn)生影響。</p><p>　　根據(jù)梁軌相互作用原理，當(dāng)線路阻力為常量時(shí)，鋼軌伸縮力分布為折線形，故可用代數(shù)方程求解。計(jì)算伸縮力時(shí)，假定簡(jiǎn)支梁固定支座能完全阻止梁在支座處的位移，活動(dòng)支座抵抗伸縮的阻力可略而不計(jì)，梁在支座

96、外懸出部分不考慮；假定梁的溫度變化為單純的升溫或降溫，不考慮梁溫在梁體上變化梯度；在有碴橋上，線路阻力取扣件阻力和道床阻力較小者。對(duì)簡(jiǎn)支梁而言，當(dāng)梁的溫度變化為缸時(shí)，梁向活動(dòng)支座端發(fā)生位移血，其計(jì)算式如下：</p><p><b>　　△x=a·L·△t</b></p><p>　　式中：△x——至固定支座距離為X的梁截面位移量；</p>

97、;<p>　　△t——至固定支座距離為x時(shí)梁長(zhǎng)；</p><p>　　a——線膨脹系數(shù)，鋼為1.18×10^-5/℃，鋼筋混凝土的為1.0×10^-5/℃。</p><p>　　梁各截面位移時(shí)，扣件阻力將作用于鋼軌，推動(dòng)鋼軌向粱的伸長(zhǎng)方向位移。鋼軌的位移將受到橋梁兩端線路縱向阻力的阻抗。梁活動(dòng)端以外的線路縱向阻力抵抗鋼軌向橋外位移，使括動(dòng)端附近鋼軌受壓。粱

98、固定端以外線路縱向阻力抵抗鋼軌向活動(dòng)端位移，使粱固定端附近鋼軌受拉，如圖3-2中的第一個(gè)圖。圖中AOF線之下表示壓力，之上表示拉力。當(dāng)扣件阻力采用常量時(shí)，伸縮力圖呈折線形狀。鋼軌因受伸縮力的作用，鋼軌各截面向粱的伸長(zhǎng)方向位移，如圖3-2的第二個(gè)圖。以y表示鋼軌的位移，其位移曲線為AB'C'D'E'F曲線上各點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即為鋼軌各該截面的位移量。其算式為力圖面積除以EF，即</p><p

99、><b>　　yi=∑wi/EF</b></p><p>　　yi——鋼軌截面f的位移量;</p><p>　　∑wi——鋼軌截面i以左或以右的伸縮力圖面積的代數(shù)和;</p><p>　　撟上無(wú)縫線路縱向力的計(jì)算，僅根據(jù)靜力平衡條件是不夠的，</p><p>　　還必須補(bǔ)充一個(gè)變形條件</p><

100、;p><b>　　∑wi／EF=0</b></p><p>　　此式即為變形協(xié)調(diào)方程。它表示在伸縮力影響范圍內(nèi)，鋼軌伸縮變形的代數(shù)和應(yīng)為零。也可以用ya=0或yf=0表示，也就是說(shuō)，在梁的左側(cè)或右側(cè)路基上伸縮力的始、終點(diǎn)，其鋼軌位移應(yīng)為零。</p><p>　　根據(jù)鋼軌力曲線、鋼軌位移曲線和位移阻力三者在幾何上的關(guān)系。由梁軌相互作用微分方程和 可知。鋼軌位移最大

101、處，對(duì)應(yīng)的鋼軌力P=0，對(duì)應(yīng)于圖中C、E點(diǎn)，Ut拐點(diǎn)B、D和F對(duì)應(yīng)于Ur＂=0處，即縱向阻力r在這些點(diǎn)變號(hào)，而鋼軌力P取得峰值。</p><p>　　由于結(jié)構(gòu)形式及外荷載均對(duì)稱，因此鋼軌伸縮力和梁、鋼軌位移均相對(duì)于D點(diǎn)對(duì)稱，在D點(diǎn)橋軌位移相等，Ur=Ub，在D兩側(cè)橋上，梁位移絕對(duì)值均大于鋼軌位移絕對(duì)值，軌道相對(duì)于橋均往D點(diǎn)方向位移，軌道阻力均指向梁端；而在路基上的軌道，無(wú)論左右均被橋梁帶動(dòng)產(chǎn)生與梁端同方向的位移，

102、故阻力均指向D點(diǎn)。 </p><p>　　因?yàn)閁r=∫（P/EA）dx=∫Pdx/EA=W(x)/EA</p><p>　　所以，鋼軌力所圍的面積和鋼軌截面位移成正比。由于∑Ur1=0，所以∑W1=0，即全部鋼軌曲線所圍面積的代數(shù)和為0。</p><p>　　橋梁墩臺(tái)所受的無(wú)縫線路縱向力等于仵用于梁上軌道阻力的總和，亦等于梁兩端鋼軌截面縱向力的代數(shù)差。</p&

103、gt;<p>　　下面分析粱軌之間相互作用。伸縮力的計(jì)算采用試算法。設(shè)在任一位置對(duì)鋼軌做一截面，如在固定端B處將鋼軌截開。在截開的鋼軌斷面上，各作用一未知的伸縮拉力Pb。為平衡右側(cè)鋼軌截面上的伸縮拉力Pb，必相應(yīng)有長(zhǎng)lab的一段線路縱向阻力發(fā)揮作用。</p><p>　　圖3-2伸縮力計(jì)算圖</p><p><b>　　由∑P=0得</b></p&

104、gt;<p><b>　　Pb=p·lab</b></p><p><b>　　Lab=pb/p</b></p><p>　　Lab范圍內(nèi)，鋼軌拉力圖呈三角形ABB'，其面積以w1表示。鋼</p><p>　　軌截面B向右的位移量為</p><p>　　Yb=w1/E

105、F=PB·lab/2EF</p><p>　　截面B為粱的固定支座，△b≠0。yb<△b，故截面B以左p對(duì)鋼軌</p><p>　　的作用方向向左，取負(fù)號(hào)。</p><p>　　在圖3-2中第4張圖，x1截面在活動(dòng)支座以右，以Px1表示x1．截面鋼軌所受的拉力。由∑x=0得</p><p>　　Px1=plab±pl

106、bx1=-pb+plbx1=0</p><p>　　Pb=plbx1 lbx1=pb/p可得lbx1=lab</p><p>　　X1截面鋼軌和梁的位移量yx1和△x1分別為</p><p>　　Yx1=(w1+0.5pblbx1)/EF (此截面鋼軌位移量最大)</p><p>　　△x1=a·△t·lbx1&l

107、t;/p><p>　　X1截面往右，yi小于△i，扣件阻力取負(fù)號(hào)，為求截面右邊梁上鋼軌內(nèi)力，取x2截面，由∑x=0得</p><p>　　Px2=-plbc-plcx2+plab</p><p><b>　　=-plcx2</b></p><p>　　因w1=0.5Pb2/p在D處，有yx2=△x2=0</p>

108、<p><b>　　可得</b></p><p>　　yx2=(w1+w2+w3)/EF</p><p>　　w3=px2lcx2/2=-plcx22/2</p><p><b>　　有</b></p><p>　　yx2=(0.5pb2/p+0.5plbx12-0.5plcx22)/E

109、F</p><p>　　Pb=plab=plbx1</p><p><b>　　再由</b></p><p><b>　　yx2=0</b></p><p><b>　　有</b></p><p>　　0.5plbx12+0.5plbx12=0.5plc

110、x22</p><p>　　2lbx12=lcx22</p><p><b>　　lbx1=lcx2</b></p><p>　　P為縱向阻力常量p=6.5KN/m</p><h4>　　3.1.3伸縮力計(jì)算結(jié)果</h2><p>　　伸縮力計(jì)算結(jié)果如下圖所示。</p><p&

111、gt;　　圖3-3伸縮力計(jì)算結(jié)果圖</p><h3>　　3.2撓曲附加力計(jì)算</h2><h4>　　3.2.1 基本假設(shè)</h2><p>　?。?）假設(shè)列車荷載分段進(jìn)入梁內(nèi)，分段長(zhǎng)度越短，計(jì)算越準(zhǔn)確。通常假設(shè)分段長(zhǎng)度為一跨梁長(zhǎng)。</p><p>　?。?）前一荷載位置下的撓曲力對(duì)后一荷載位置下的撓曲力影響忽略不計(jì)。</p>

112、<p>　?。?）對(duì)撓曲力和伸縮力分別計(jì)算。計(jì)算撓曲力時(shí)，不考慮伸縮力的影響。</p><p>　?。?）假設(shè)固定支座與梁之間鉸接，活動(dòng)支座的阻力可忽略不計(jì)。</p><p><b>　　3.2.2計(jì)算原理</b></p><p>　　梁在荷載作用下產(chǎn)生撓曲變形，其上翼緣收縮，下翼緣伸長(zhǎng)，梁各截面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，在固定支座處，梁下翼緣的位

113、移受到固定支座的約束。梁各截面上翼緣的縱向位移Δx 為梁的平移與旋轉(zhuǎn)的組合，可按下式計(jì)算</p><p><b>　?。?5）</b></p><p>　　式中--固定支座處（x=l）梁截面轉(zhuǎn)角；</p><p>　　--固定支座處（x =l）梁中性軸至下翼緣的距離；</p><p>　　--距離活動(dòng)支座x處的梁截面轉(zhuǎn)角