連續(xù)梁橋上無縫線路設(shè)計與養(yǎng)護維修（93頁）

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

2、gt;　　本設(shè)計和資料若有不實之處，本人承擔一切相關(guān)責任。</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（論文）任務(wù)書</p><p>　　華東交通大學(xué)畢業(yè)論文開題報告書</p><p>　　

3、課題類型：（1）A—工程設(shè)計；B—技術(shù)開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；</p><p>　?。?）X—真實課題；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)論文評閱書(1)</p><p>　　華東交通大學(xué)畢業(yè)論文評閱書(2)</p><p&

4、gt;　　注：答辯小組根據(jù)評閱人的評閱簽署意見、初步評定成績，交答辯委員會審定，蓋學(xué)院公章?！暗燃墶庇脙?yōu)、良、中、及、不及五級制（可按學(xué)院制定的畢業(yè)設(shè)計(論文)成績評定辦法評定最后成績）。</p><p>　　華東交通大學(xué)畢業(yè)論文答辯記錄</p><h2>　　連續(xù)梁橋上無縫線路設(shè)計與養(yǎng)護維修</h2><p><b>　　摘要</b><

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

6、到計算分析縱向力的作用，而傳統(tǒng)的手算簡化計算方法卻被很多人忽略。本文主要通過使用傳統(tǒng)的手算簡化計算方法來計算，實現(xiàn)連續(xù)梁橋上無縫線路的設(shè)計，給想要了解傳統(tǒng)手算方法的人詳細的計算方法和計算過程。在最后也給出對時下簡單好用的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>　　通過對橋上無縫線路理論，梁軌相互作用原理，各種縱向附加力產(chǎn)生原理

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

8、行簡單介紹。</p><p>　　關(guān)鍵詞：橋上無縫線路；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>　　第一章無縫線路概述1</p><p>　　1.1 國內(nèi)外無縫線路的發(fā)展1</p>

18、;<p>　　1.2 無縫線路類型2</p><p>　　1.3 橋上無縫線路設(shè)計原則3</p><p>　　1.4 橋上無縫線路縱向力計算研究概況3</p><p>　　1.4.1 國外研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀5</p><p>　　第二章橋上無縫線路縱向力計算

19、理論8</p><p><b>　　2.1 概述8</b></p><p>　　2.1.1橋上無縫線路鋼軌承受的縱向附加力8</p><p>　　2.1.2橋上無縫線路墩臺承受的縱向附加力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算12

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

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

22、27</p><p>　　3.4.1 斷軌力的計算原理27</p><p>　　第四章軌道強度檢算29</p><p>　　4.1鋼軌強度檢算29</p><p>　　4.1.1計算參數(shù)29</p><p>　　4.1.2 計算結(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鎖定軌溫的計算38</p><p>　　第五章橋墩檢算40</p><p>　　5.1橋梁墩臺檢算（一）40</p><p>　　5.1.1計算資料：40</p><p>　　5.1.2荷載計算：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垂直力的計算56</p><p>　　5.2.4檢算結(jié)果58</p><p>　　第六章無縫線路的養(yǎng)護維修60</p><p>　　6.1無縫線路養(yǎng)護維修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  無縫道岔傷損部件的更換61</p><p>　　6.2橋上無縫線路養(yǎng)護維修,62</p><p>　　6.2.1 橋上作業(yè)注意事項62&l

28、t;/p><p>　　6.2.2橋上無縫線路維護的主要問題62</p><p>　　第七章橋梁無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進行伸縮力的有限元初步分析66</p><p>　　7.2.1 建立節(jié)點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運行分析70</p><p>　　7.2.6 查看結(jié)果70</p><p>　　7.3 使用Midas Civil進行撓曲力

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

32、大降低線路及機車車輛的養(yǎng)護和修理費用，改善列車運行的平穩(wěn)性，提高軌道電路的可靠性和導(dǎo)電性，延長軌道部件及機車車輛走行部分的使用年限。</p><h3>　　1.1 國內(nèi)外無縫線路的發(fā)展</h2><p>　　德國是發(fā)展無縫線路最早的國家。1926年在線路上鋪設(shè)了120m長的鋼軌；1935年鋪設(shè)了1km長的無縫線路試驗段;1945年做出了無縫線路的規(guī)定。到1961年底，原聯(lián)邦德國無縫線路總長

33、達到了29000km，1974年底達到了53000km，占線路總延長的79.3%。有79%的道岔也焊成了無縫道岔，并與道岔前后的長鋼軌焊連在一起。</p><p>　　美國于1930年首先在隧道內(nèi)鋪設(shè)了無縫線路，于1933年正式鋪設(shè)于露天的線路上。美國于1933~1936年期間，大約鋪設(shè)無縫線路170km，以后時有間斷，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新的局面。美國鋪設(shè)無縫線路

34、的總延長：1960年為7236km；1970年之后每年以8000km的速度遞增，最多時年鋪設(shè)10000km。到1979年底全美已有無縫線路超過12000km，是世界鋪設(shè)無縫線路最多的國家。</p><p>　　法國也是發(fā)展無縫線路較早的國家。法國的無縫線路多數(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。法國于1948~1949年期間進行了大量鋪設(shè)試驗，而

35、后即推廣開來。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)了第一段無縫線路，軌條長約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115℃，所以影響了無縫線路的發(fā)展，直到1956年才正式開始鋪設(shè)。累計延長至1960年約為

36、15000km，1970年約為16000km。近十年發(fā)展較快，至今已有無縫線路50000余公里，約占營業(yè)線的36%，擔負鐵路運量的50%。所用鋼軌為50kg/m或65kg/m，多使用混凝土軌枕、碎石道床。英國的軌溫差最大僅67℃，適宜鋪設(shè)無縫線路。至1978年底已鋪設(shè)無縫線路14565km，占線路總延長的31%左右。英國鐵路的無縫線路大部分使用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)無縫線路，現(xiàn)已鋪設(shè)5000余公里。日本的無縫線路軌條</p><p>　　最長為1500m，兩端設(shè)置伸縮調(diào)節(jié)器。近年來建成的新干線，未經(jīng)有縫線路過渡，直接鋪成了無縫線路。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>　　我國鐵

38、路無縫線路起步于1957年，當時用電弧焊法焊接鋼軌，首先在北京、上海兩地各試鋪無縫線路1km。次年擴大了試鋪范圍，有較多鐵路局鋪設(shè)了無縫線路，當年累計30余公里。以后引進工廠焊，在工廠采用氣壓焊機和電接觸焊機將鋼軌焊成125~500m的長軌條運至工地，再按軌條設(shè)計長度用鋁熱焊法焊接聯(lián)合接頭。工地焊長一般為1000~1500m。長軌條鋪入線路之后，在長軌條之間設(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、個焊軌廠，多采用瑞士GAas-80和蘇聯(lián)K-190ⅡΚ接觸焊機。京廣、京滬、京沈、隴海、長大等主要干線幾乎全是無縫線路。全路總延長約1.8萬公里。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)展超長無縫線路，采用長2.6m的Ⅲ型軌枕。</p><p>　　隨著無縫線路的迅速發(fā)展，各國鐵路都取得了一些新的經(jīng)驗。如焊軌工廠的合理設(shè)計；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、焊成長鋼軌，鋪設(shè)舊軌無縫線路；結(jié)合力很強的膠結(jié)絕緣接頭；運輸效率很高的多層長鋼軌運輸列車；新型長鋼軌更換作業(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)無縫線路的理論和經(jīng)驗等等。此外，在養(yǎng)護維修方面，除繼續(xù)對無縫線路的穩(wěn)定性，做進一步探索外，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無縫線路鋪設(shè)的限制，使它在更廣泛的范圍得以發(fā)展。</p><h3>　　1.2 無縫線路類

41、型</h2><p>　　按處理焊接長鋼軌因軌溫變化而引起收縮方法的不同，無縫線路分為溫度應(yīng)力式和放散溫度應(yīng)力式兩種。</p><p>　　溫度應(yīng)力式無縫線路是由一根長鋼軌及兩端2~4根標準軌組成。兩端接頭采用魚尾板接頭型式。在無縫線路鋪設(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。這種型式的無縫線路結(jié)構(gòu)簡單，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)力式無縫線路又分為自動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，而采取自動放散溫度應(yīng)力式無縫線路。</p><p>　　大橋上鋪設(shè)的自動放散式無縫線路，系在焊接長鋼軌兩端設(shè)

43、置鋼軌收縮調(diào)節(jié)器，隨時釋放溫度力。</p><p>　　路基上鋪設(shè)的自動放散式無縫線路，系在焊接長鋼軌兩端設(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，缺點很多，這種型式的無縫線路已趨于淘汰。</p><p>　　定期放散式無縫線路與溫度應(yīng)力式

44、相同。根據(jù)當?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，松開焊接長鋼軌的全部扣件，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)力式無縫線路適用于溫差較大的寒冷地區(qū)（年軌溫差超過95゜C）。在我國東北的寒冷地區(qū)，曾試鋪過這種形式的無縫線路。</p><h3>　　1.3 橋上無縫線路設(shè)計原則</h2><p>　?。?）無縫

45、線路設(shè)計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)無縫線路的可能性。</p><p>　　（2）無縫線路結(jié)構(gòu)的設(shè)計，既要滿足軌道強度和穩(wěn)定性的要求，又要使橋梁受力合理，以保證橋梁和軌道運營的安全、可靠。</p><p>　?。?）應(yīng)盡可能增加焊接軌條的長度，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)高速和重載運輸?shù)男枰?lt;/p><p

46、>　　（4）無縫線路的結(jié)構(gòu)設(shè)計，要考慮便于線路的養(yǎng)護維修。</p><h3>　　1.4 橋上無縫線路縱向力計算研究概況</h2><p>　　在橋上無縫線路的設(shè)計與計算中既可以采用常量阻力，也可以采用變量阻力。采用常量阻力計算時，梁軌位移的微分方程可轉(zhuǎn)化成代數(shù)方程，使計算過程大為簡化，易于被工程技術(shù)人員所接受，因此現(xiàn)有設(shè)計規(guī)范中傾向于采用常量阻力。但每跨橋梁只假設(shè)有一個梁軌位移相同

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

48、題尚待深入研究。</p><p>　　迄今為止，我國對簡支梁橋橋上無縫線路附加力的分析已取得了較為豐富的理論成果，但對于大跨度連續(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)點外，而且其上部結(jié)構(gòu)受力合理，能充分發(fā)揮高強材料的作用，有利于增大跨徑，因此，近十年來在國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用和大量的推廣），給橋上無縫線路的研究帶來了新的課題，同時也要求橋上無縫線路技術(shù)向更深的層次發(fā)展。</

49、p><h4>　　1.4.1 國外研究現(xiàn)狀</h2><p>　　德國是最早發(fā)展高速鐵路的國家之一，早在1964年Siekmeier就對軌道阻力—位移進行了研究。德國針對設(shè)計時速250km/h，實際時速不低于200km/h的新干線無縫線路橋梁的設(shè)計與施工制定了《鐵路新干線橋梁的特殊規(guī)程（BESB）》，并在1985年生效。其中匯集了德國有關(guān)高速鐵路橋上無縫線路的大量科研與試驗成果。它詳細規(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、無縫線路軌道縱向水平力傳遞的計算原則、方法等，并專門介紹了德國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、減少鋼軌伸縮長度的平衡梁。多跨簡支梁伸縮力的計算結(jié)果與我國的計算結(jié)果接近，且認為在多跨簡支梁的全橋活動端方向設(shè)置三跨跨度遞減的簡支梁可以減少鋼軌縱向應(yīng)力與水平支點反力，縱向阻力不僅與鋼軌相對位移量有關(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、擴大基礎(chǔ)或樁基傾斜、整個基礎(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“動力剛度系數(shù)”。德國鐵路還應(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算，并在其新干線段試鋪了無縫線路，引起了各國的關(guān)注。日本鐵路規(guī)定了各種跨度橋梁鋪設(shè)無縫線路的技術(shù)條件，且在橋梁墩臺的

52、計算中就考慮了無縫線路縱向力的作用。在鋼橋上，日本根據(jù)梁長和橋長的不同來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、橋長不超過70m時，線路縱向阻力隨橋長的增加而增大，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端設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。跨度在60m以下，橋長大于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>　　美國鐵路規(guī)定，橋上鋪設(shè)無縫線路時，跨度大于或等于30英尺（91.4 m）的鋼梁橋，或總長大于500英尺（152.39m），曲線轉(zhuǎn)角為2°，

54、在梁的活動端應(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)無縫線路時，橋上線路要使用一定數(shù)量的K型扣件鋼軌。在單跨超過55m和多跨總長超過66m的橋上鋪設(shè)無縫線路時，要按交通部的有關(guān)規(guī)定辦理。在20世紀70年代，有P.E.Pomogajev、S.K.Linov和N.P.Vinogorov等人進行了研究。</p>&

55、lt;p>　　20世紀60年代中期至80年代中期，國際鐵路聯(lián)盟（UIC）試驗研究所（ORE）完成了橋上制動力、加速力及軌道與上部結(jié)構(gòu)間的相互作用關(guān)系研究，參加單位有德國聯(lián)邦鐵路、法國國營鐵路、原捷克斯洛伐克國家鐵路、奧地利聯(lián)邦鐵路以及荷蘭鐵路等八個國家參加，此項研究偏重于試驗，試驗準備充分，測試計劃周密，所得的結(jié)果極具參考價值，在理論方面也做了開創(chuàng)性的工作。南斯拉夫鐵路的S.Rankovic對于線性與非線性計算進行了對比。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，得出解析解的表達式，這篇《無縫線路溫度力與鐵路橋梁相互作用》的論文，對我國橋上無縫線路的研究有較大的影響。隨著現(xiàn)代計算技術(shù)的發(fā)展加速，拓展了橋上無縫線路計算理論的研究，使得計算機數(shù)值模擬技術(shù)在橋上無縫線路設(shè)計中得到廣泛的應(yīng)用。目前，西歐已建立了多種數(shù)學(xué)模型進行計算機數(shù)值模擬分析計算，荷蘭特而夫脫大學(xué)研究了PROLIS計算程序，采用有限元方法對多種軌道

57、結(jié)構(gòu)進行了分析和比較。</p><h4>　　1.4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀</h2><p>　　我國以往的研究成果大多針對普通鐵路無縫線路，國際鐵路聯(lián)盟試驗研究所（ORE）在60至80年代關(guān)于縱向力的系統(tǒng)試驗研究也是在既有普通鐵路進行的，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，普通鐵路及國外的研究成果不能完全照搬到我國高速鐵路。我國高速鐵路橋上無縫線路附加力的研究更

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

59、縫線路梁軌相互作用原理進行了大量的研究。并在大跨度鋼橋上鋪設(shè)了無縫線路。通過對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)系進行了研究，擬定了撓曲力、伸縮力的計算方法。以后相繼在武漢、南京、九江的長江大橋上鋪設(shè)了無縫線路。無縫線路研究人員從1966年開始進行附加縱向（伸縮）力的試驗，在此基礎(chǔ)上建立了計算理論，認為橋上無縫線路最大伸縮力按橋梁總長度之半乘以線路縱向阻力計算不妥，它的錯誤在于沒有從橋梁和鋼軌受力或位移

60、的相互作用關(guān)系上建立計算的平衡條件。60年代至70年代主要以32m梁為研究對象，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、小跨度橋上無縫線路伸縮力、撓曲力的計算理論和方法。90年代以來，按照可靠度理論編制了橋梁設(shè)計規(guī)范時，對大量的撓曲力、伸縮力實橋測試資料進行統(tǒng)計分析，得到了撓曲力、伸縮力以及有關(guān)計算參數(shù)的統(tǒng)計特征，為橋梁設(shè)計預(yù)留無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縫線路的伸縮附加力、撓曲附加力、斷軌力及支座反力的計算方法；并以中跨度的無碴無枕梁為例進行計算，將其與固定－活動支座簡支梁的計算結(jié)果進行了比較，為橋上無縫線路和橋梁墩臺設(shè)計提供了理論計算依據(jù)。</p><p>　　1997年黎國清、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、基礎(chǔ)作為整體來考慮。梁體采

62、用平面應(yīng)力二維實體單元；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關(guān)系來選擇；鋼軌采用線性材料桿單元。橋外路基上鋼軌長度L1>L0＋40m（L0為各孔梁單孔跨度的平均值）時，可滿足計算精度的要求。通過計算分析橋上無縫線路附加力，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、基礎(chǔ)作為整體來考慮。橋梁和軌道的聯(lián)結(jié)采用非線性梁單元模擬，其材料彈性模量和屈服應(yīng)力通過軌道縱向位移阻力與梁軌相對位移關(guān)系的雙折線化確定；同時為考慮梁跨撓曲對無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算所得值相比較，證實這一力學(xué)模型的合理性。陳丹華的對簡支梁長橋采用質(zhì)量法

64、進行簡化，將軌、梁、碴、墩的特性集中于墩臺上，根據(jù)機車動力學(xué)原理得出軌面制動力時程，對制動作用下的橋墩進行了動力反應(yīng)分析。對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算模型，并根據(jù)杠桿原理用空間離散法將制動力離散到橋上節(jié)點，獲得節(jié)點時程，為下一步輸入梁軌整體模型進行計算準備。</p><p>　　2003年徐慶元、陳秀方在國內(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算模型進行比較得出結(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，在我國第一條客運專線上進行了設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，橋上無縫線路附加力的綜合試驗研究及在沙河特大橋上進行了DF11旅客列

66、車制動試驗。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算無縫線路伸縮力的計算方法。即先根據(jù)以往試驗和計算結(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，開辟了求解橋上無縫線路縱向附加力計算的新領(lǐng)域。潘自立以國內(nèi)外試驗資料為基礎(chǔ)并選用合理的力學(xué)參數(shù)，將軌道結(jié)構(gòu)、橋梁作為一個整體，劃分為桿件單元，支座、墩臺、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算模型計算橋上無縫線路伸縮附加力時，當跨徑很大有可能不存在有力學(xué)意義的解，計算撓曲附加力時，當荷載較小有可能不存在有力學(xué)意義的解。針對常量阻力計算模型的缺點，建議對大跨度鐵路橋梁應(yīng)采用變量線路阻力計算模型。王平、陳小平以線－橋－墩為一體用有限單元法建立了橋上無縫線路的計算模型，考慮相鄰軌條

68、及橋墩縱向剛度的影響，計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、多根軌條同時折斷等簡化算法的計算偏差，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、陳秀方以國內(nèi)外研究成果及試驗資料為基礎(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－墩一體化有限元計算模型，運用能量變分原理建立力學(xué)求解方程組

69、，并用荷載細步增量法求解。研究了鐵路簡支梁橋、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、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語言編制了橋上無縫線路縱向附加力計算程序。結(jié)合實際工點計算分析了橋梁墩臺縱向水平線剛度對橋上無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>　　第二章橋上無縫線路縱向力計算理論</h2><p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　橋上無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橋上無縫線路鋼軌承受的縱向附加力</h2><p><b>

71、;　?。?）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，道床也會對梁、軌間的相對位移產(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>　?。?）制動附加力</b></p><p>　　如果列車在橋上制動，列車制動引起的鋼軌伸縮，橋上無縫線路鋼軌產(chǎn)生制動附加力。</p><p>　　以上鋼軌縱向附加力通過梁軌相

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

74、lt;/b></p><p>　　橋上無縫線路鋼軌撓曲力反作用于墩臺的作用力。</p><p><b>　?。?）斷軌力</b></p><p>　　如果在橋上發(fā)生斷軌，或者無縫線路的伸縮區(qū)設(shè)在橋上，鋼軌的伸縮也會通過梁、軌間的約束使墩臺和固定支座受到斷軌力的作用。</p><p><b>　　（4）制動

75、附加力</b></p><p>　　如果列車在橋上制動，列車制動引起的鋼軌軌伸縮通過梁軌相互作用傳遞到墩臺，使墩臺的固定支座承受制動附加力。</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。橋上無縫線路的設(shè)計檢算就是通過對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、墩臺受力和墩頂位移，對鋼軌和墩臺進行強度和穩(wěn)定性檢算，并通過橋上無縫線

76、路結(jié)構(gòu)設(shè)計，減小梁軌間的相互作用，從而確保橋上無縫線路的安全。</p><p>　　在橋上無縫線路設(shè)計時應(yīng)控制梁軌間的附加縱向力，使之滿足以下要求：</p><p>　　（1）控制長鋼軌縱向壓力值，以防止橋上無縫線路脹軌跑道。</p><p>　　（2）控制長鋼軌縱向拉力值，以滿足鋼軌強度要求。</p><p>　?。?）控制低溫時鋼軌折斷時

77、的斷縫值，確保行車安全。</p><p>　　（4）控制橋梁墩臺的縱向水平力值，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，橋面系帶動軌枕及扣件縱向位移，并通過扣件對長鋼軌施加縱向力，鋼軌受力變形后，對橋梁作用大小相等、方向相反的反作用力，此力通

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

79、　　當鋼軌的位移大于梁的位移時，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)。當梁產(chǎn)生位移時，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>　　（2）</b></p

80、><p><b>　　即：</b></p><p><b>　　（3）</b></p><p><b>　　由虎克定律知：</b></p><p><b>　?。?）</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>　　（7）</b></p><p>　　式（7）為梁軌相對位移微分方程，反映了鋼軌縱向受力的靜力平衡條件，是求解橋上無縫線路縱向力問題的基本微分方程。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>　　對式（8）積分得到鋼軌力的分布函數(shù)：</p><p><b>　?。?）</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點以左陰影部分的面積，那么</p><p><b>　?。?2）</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—庫塔（Runge-Kutta）法求解。</p><p>　　第三章縱向附加力的計算</p><h3>　　3.1 伸縮附加力計算</h2><h4>　　3.1.1 基本假設(shè)</h2><p>　?。?）假設(shè)簡支梁固定支座與梁端完全固結(jié)，活動支座的阻力可忽略不計。</p>

87、<p>　　（2）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)的最大溫差計算梁的伸縮量，按設(shè)計暫歸取下列設(shè)計值：</p><p>　　有碴軌道混凝土梁：15℃</p><p>　　無碴軌道混凝土梁：20℃</p><p><b>　　鋼梁：25℃</b></p><p>　　（3）梁、軌間

88、的作用力，在無碴軌道上是通過鋼軌扣件傳遞；在有碴橋上是通過扣件阻力、道床阻力二者之中較小值傳遞。</p><p><b>　　3.1.2計算原理</b></p><p>　　梁因溫度變化而伸縮，并帶動軌枕位移，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的相對位移來決定。</p><p>　　現(xiàn)以處于無縫線路固定區(qū)單孔簡支梁橋為例，來闡述橋上無縫線路伸縮力的產(chǎn)生。當溫度變化時，長鋼軌產(chǎn)生虛應(yīng)變，不產(chǎn)生位移卻產(chǎn)生溫度力，而簡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，則在簡支梁的活動端位移量Ub0=a△tbl。梁伸縮帶動橋枕和扣件位移，扣件對長鋼軌施加縱向力。此力為機械力，長鋼

90、軌在此機械力作用下產(chǎn)生實應(yīng)變，且產(chǎn)生與梁位移方向相同的位移Ur，見圖，在臨近活動端一定范圍內(nèi)Ub>Ur。兩端橋頭線路提供與梁位移方向相反的阻力，阻止長鋼軌位移。</p><p><b>　　平衡條件</b></p><p>　?。?）梁跨內(nèi)存在梁軌位移相等點：</p><p>　　（2）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>　　由于長鋼軌是連續(xù)的，在梁的固定端，即使梁的位移量Ub=0，長鋼軌依然產(chǎn)生位移Ur，故在梁的固定端及其臨近Ur>Ub，長鋼軌位移并對梁施加縱向力，梁對長鋼軌作用大小相等、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。在梁的活動端及其鄰

92、近施力體是梁，作用在長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、梁軌間的相對位移來決定。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鋼軌將相對于梁固定端移動，由此得到作用于鋼軌上指向活動端的阻力方向。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，同時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，在固定端與活動端</p><p>　　之間

95、，必然有鋼軌縱向力由拉變壓的突變點。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通過支座傳遞到墩臺及基礎(chǔ)上，對橋梁下部結(jié)構(gòu)同樣產(chǎn)生影響。</p><p>　　根據(jù)梁軌相互作用原理，當線路阻力為常量時，鋼軌伸縮力分布為折線形，故可用代數(shù)方程求解。計算伸縮力時，假定簡支梁固定支座能完全阻止梁在支座處的位移，活動支座抵抗伸縮的阻力可略而不計，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。對簡支梁而言，當梁的溫度變化為缸時，梁向活動支座端發(fā)生位移血，其計算式如下：</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時梁長；</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，扣件阻力將作用于鋼軌，推動鋼軌向粱的伸長方向位移。鋼軌的位移將受到橋梁兩端線路縱向阻力的阻抗。梁活動端以外的線路縱向阻力抵抗鋼軌向橋外位移，使括動端附近鋼軌受壓。粱

98、固定端以外線路縱向阻力抵抗鋼軌向活動端位移，使粱固定端附近鋼軌受拉，如圖3-2中的第一個圖。圖中AOF線之下表示壓力，之上表示拉力。當扣件阻力采用常量時，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方向位移，如圖3-2的第二個圖。以y表示鋼軌的位移，其位移曲線為AB'C'D'E'F曲線上各點的縱坐標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>　　撟上無縫線路縱向力的計算，僅根據(jù)靜力平衡條件是不夠的，</p><p>　　還必須補充一個變形條件</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，在梁的左側(cè)或右側(cè)路基上伸縮力的始、終點，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，對應(yīng)的鋼軌力P=0，對應(yīng)于圖中C、E點，Ut拐點B、D和F對應(yīng)于Ur＂=0處，即縱向阻力r在這些點變號，而鋼軌力P取得峰值。</p><p>　　由于結(jié)構(gòu)形式及外荷載均對稱，因此鋼軌伸縮力和梁、鋼軌位移均相對于D點對稱，在D點橋軌位移相等，Ur=Ub，在D兩側(cè)橋上，梁位移絕對值均大于鋼軌位移絕對值，軌道相對于橋均往D點方向位移，軌道阻力均指向梁端；而在路基上的軌道，無論左右均被橋梁帶動產(chǎn)生與梁端同方向的位移，

102、故阻力均指向D點。 </p><p>　　因為Ur=∫（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>　　橋梁墩臺所受的無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。伸縮力的計算采用試算法。設(shè)在任一位置對鋼軌做一截面，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lab的一段線路縱向阻力發(fā)揮作用。</p><p>　　圖3-2伸縮力計算圖</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對鋼軌</p><p>　　的作用方向向左，取負號。</p><p>　　在圖3-2中第4張圖，x1截面在活動支座以右，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，扣件阻力取負號，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伸縮力計算結(jié)果</h2><p>　　伸縮力計算結(jié)果如下圖所示。</p><p&

111、gt;　　圖3-3伸縮力計算結(jié)果圖</p><h3>　　3.2撓曲附加力計算</h2><h4>　　3.2.1 基本假設(shè)</h2><p>　　（1）假設(shè)列車荷載分段進入梁內(nèi)，分段長度越短，計算越準確。通常假設(shè)分段長度為一跨梁長。</p><p>　　（2）前一荷載位置下的撓曲力對后一荷載位置下的撓曲力影響忽略不計。</p>

112、<p>　?。?）對撓曲力和伸縮力分別計算。計算撓曲力時，不考慮伸縮力的影響。</p><p>　?。?）假設(shè)固定支座與梁之間鉸接，活動支座的阻力可忽略不計。</p><p><b>　　3.2.2計算原理</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，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>　　--距離活動支座x處的梁截面轉(zhuǎn)角