斜拉桥上无缝线路梁轨相互作用机理及计算方法研究

Bridge-rail longitudinal interaction will inevitably become a design-controlling factor on continuous welded rail (CWR) on Large-span steel truss cable-stayed bridges. An integrated calculation model was established with consideration of rail, bridge, and bridge pier；Based on the guidance of bridge-rail interaction theory, calculation theory of CWR on bridges and finite element method, bridge-rail interaction relationship and mechanism of cable-stayed bridge are deeply studied and the corresponding calculation program is worked out; the influences of the loads caused by temperature change, bridge stretching out and drawing back, bridge deflection, train brake, main tower deflection, cable stretching out and drawing back and damper on bridge-rail interaction are analyzed; Influences of cable stay and main tower on the value and distribution regularity of longitudinal additional force of CWR on bridges are studied; Influences of the layout of braking damper fixed on semi-floating bridges on distribution regularity of longitudinal additional force are studied; the bridge-rail interaction calculation method and evaluation index of the CWR on cable-stayed bridge are proposed.

大跨度斜拉桥上铺设无缝线路时，梁轨相互作用必然成为线路设计的控制因素。建立了“线—索—塔”一体化计算模型，在梁轨相互作用理论、桥上无缝线路计算理论和有限单元法的理论指导下，深入分析此类桥型的梁轨相互作用关系及传力机制，并编制相应的计算程序；分析温度变化、梁体伸缩、梁体挠曲、列车制动、斜拉桥主塔挠曲、斜拉索伸缩、阻尼器引起的荷载对梁轨相互作用的影响；分析斜拉索和主塔对桥上无缝线路附加纵向力的大小及分布规律的影响；分析半漂浮体系、制动阻尼器的布置对各种纵向附加力传递规律的影响；提出计算斜拉桥上无缝线路梁轨相互作用的计算方法；明确影响斜拉桥上无缝线路梁轨相互作用的评价指标。

桥上无缝线路梁轨相互作用原理是伴随铁路无缝线路技术不断发展完善起来的，是铺设跨区间无缝线路的重要理论基础。斜拉桥以其自身的结构特点正在成为铁路桥梁的可选桥型之一。因此，对斜拉桥桥上无缝线路的研究具有重要的现实意义。.建立了钢桁斜拉桥有限元模型，在梁轨相互作用理论、桥上无缝线路计算理论和有限单元法的理论指导下，深入分析此类桥型的梁轨相互作用关系及纵向传力机制；分析斜拉索和主塔对桥上无缝线路附加纵向力的大小及分布规律的影响；分析半漂浮体系制动阻尼器的布置对各种纵向附加力传递规律的影响。结果表明：钢桁梁的纵向位移受到斜拉索和主塔的抑制作用，二者刚度越大，附加纵向力越小。但是在斜拉索、主塔刚度取值满足桥梁结构设计要求的前提下，二者刚度的变化对桥上无缝线路梁轨纵向相互作用的影响很小，因此在进行桥上无缝线路设计时，尚可不考虑斜拉索、主塔刚度大小变化的影响；斜拉索温度升高，会增大钢轨的伸缩附加力，主塔温度升高，反而会降低钢轨的伸缩附加力，说明斜拉桥上铺设无缝线路时需要考虑主塔和斜拉索温度变化的影响；阻尼器的使用有效地降低了列车刹车时对钢轨的制动力，并减小了梁轨快速相对位移，避免了伸缩调节器的使用。在此基础上，完成了桥上无缝化设计并提出了此类桥型无缝线路设计的快速计算方法，为此类桥式的计算提供借鉴和参考。