高衛(wèi)衛(wèi)

摘 要：以某漂浮體系中承式拱橋?yàn)楣こ瘫尘埃捎脴蛏蠠o(wú)縫線(xiàn)路分析理論，建立制動(dòng)力作用下的梁軌相互作用模型，研究了拱肋橫梁與橋面的縱向相對(duì)位移、梁軌快速相對(duì)位移及鋼軌制動(dòng)附加力。結(jié)果表明：當(dāng)偏安全考慮、不計(jì)硬木的彈性約束作用時(shí)，拱肋橫梁與橋面的縱向相對(duì)位移最大值為1.8 mm，梁軌快速相對(duì)位移不超過(guò)0.8 mm，該縱向限位方案能夠滿(mǎn)足安全運(yùn)營(yíng)要求。

關(guān)鍵詞：漂浮體系 拱橋 制動(dòng)力 梁軌相互作用

中圖分類(lèi)號(hào)：U448 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）09（a）-0060-02

Abstract：The engineering background of this paper is a half-through arch bridge of floating type. Base on the theory of CWR on bridge， a model of interaction between beam and rail under braking force was built to analyze relative displacement between arch ribs cross-beam and deck， rapid relative displacement between beam and rail， as well as additional force in rail. For safety reason， the elastic constraint effect of hardwood was not considered. The calculation results show that the relative displacement between arch ribs cross-beam and deck is 1.8 mm， the rapid relative displacement between beam and rail is 0.8 mm， and thus the longitudinal stop design meets safety operation requirements.

Key Words：Floating Type；Arch Bridge；Braking Force；Interaction Force Between Beam and Rail

橋上鋪設(shè)無(wú)縫線(xiàn)路后，在列車(chē)制動(dòng)情況下，列車(chē)在軌面施加縱向水平力，這被稱(chēng)為制動(dòng)力。制動(dòng)力在長(zhǎng)鋼軌中產(chǎn)生變形和附加力，由于受到橋梁約束，將使橋梁產(chǎn)生變形。在常規(guī)橋梁設(shè)計(jì)中，制動(dòng)力一般是通過(guò)固定支座，經(jīng)墩臺(tái)傳遞到橋梁基礎(chǔ)[1-3]。但在實(shí)踐中，經(jīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、行車(chē)條件等因素后，部分橋梁被設(shè)計(jì)成不設(shè)置縱向固定支座，此時(shí)制動(dòng)力作用下的梁軌相互作用問(wèn)題比較復(fù)雜。

圖1為某客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)中承式拱橋，與公路斜交角為43.5°。主梁全長(zhǎng)138.1 m，主縱梁、小縱梁、橫梁組成縱橫梁體系，并與橋面板連接、整體受力。左、右幅拱肋跨度均為90 m，且非對(duì)稱(chēng)布置，吊索傾斜布置。左、右幅拱肋分別由4個(gè)群樁基礎(chǔ)支承，相鄰承臺(tái)之間由橫向的承臺(tái)系梁連接。全橋共設(shè)置4個(gè)中墩、4個(gè)邊墩，4個(gè)中墩坐落在拱腳承臺(tái)上。

全橋共設(shè)置4個(gè)縱向活動(dòng)支座、4個(gè)雙向活動(dòng)支座，即采用縱向漂浮體系。為實(shí)現(xiàn)主梁縱向限位，設(shè)置如圖1（b）所示的左、右側(cè)拱肋橫梁，橫梁兩側(cè)各有一塊硬木，厚度50 mm，高175 mm，長(zhǎng)590 mm，與主縱梁外伸牛腿頂緊。針對(duì)這種構(gòu)造處理，本文采用橋上無(wú)縫線(xiàn)路分析理論，考察制動(dòng)力作用下的梁軌相互作用，旨在為同類(lèi)工程提供參考。

1 計(jì)算模型及參數(shù)選取

1.1 計(jì)算模型

采用橋上無(wú)縫線(xiàn)路分析理論，建立如圖2所示的計(jì)算模型，該模型采用連接彈簧來(lái)模擬扣件縱向阻力；采用剛臂連接主梁上翼緣、主梁中性軸和支座，通過(guò)釋放約束模擬活動(dòng)支座?？奂v向阻力按照文獻(xiàn)[4]取值：有載時(shí)，r=20u（u≤0.5 mm），r=10（u>0.5 mm）；無(wú)載時(shí)，r=13u（u≤0.5 mm），r=6.5（u>0.5 mm）。橋梁兩端路基固定區(qū)長(zhǎng)度取為100 m，采用與橋上相同的扣件縱向阻力。采用有限元軟件ANSYS建立仿真模型，其中：鋼軌、主梁、拱肋采用Beam188梁?jiǎn)卧?，單元長(zhǎng)度為0.5 m；吊桿采用link10索單元；彈簧單元采用Combin14彈簧單元，扣件彈簧采用非線(xiàn)性彈簧剛度系數(shù)。

1.2 計(jì)算工程

最后計(jì)算得到的每個(gè)車(chē)輪下的制動(dòng)力Pz=21.165 kN，按集中力的形式加載到鋼軌上?？紤]單線(xiàn)制動(dòng)，加載范圍內(nèi)的扣件縱向阻力采用有載阻力模型，其余地段采用無(wú)載阻力模型。

2 計(jì)算結(jié)果

2.1 CRH2動(dòng)車(chē)組制動(dòng)

考慮CRH2動(dòng)車(chē)組在橋上不同位置制動(dòng)，車(chē)速為200 km/h。列車(chē)從左側(cè)上橋，運(yùn)行至第8節(jié)車(chē)第4個(gè)軸離開(kāi)右側(cè)橋梁為止。偏安全考慮，不計(jì)慮硬木的彈性約束作用，即計(jì)算模型中拱肋橫梁與橋面無(wú)連接關(guān)系。

圖3給出了左、右側(cè)拱肋橫梁處，橫梁與橋面的縱向位移?？梢钥闯觯鹤?、右側(cè)橫梁與橋面的最大縱向相對(duì)位移為1.8 mm；左、右橫梁處的最大縱向相對(duì)位移發(fā)生在同一時(shí)刻；拱肋橫梁的縱向位移幾乎為0，即梁軌縱向力均通過(guò)吊桿傳遞到拱肋中。

圖4給出了動(dòng)車(chē)組在主橋右端制動(dòng)時(shí)的梁軌快速相對(duì)位移。文獻(xiàn)[4]規(guī)定：在制動(dòng)附加力計(jì)算工況下，無(wú)伸縮調(diào)節(jié)器時(shí)，梁軌快速相對(duì)位移最大不得超過(guò)4 mm。計(jì)算得到最大梁軌快速相對(duì)位移為0.8 mm，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

圖5給出了左、右拱肋橫梁處及主橋右端的鋼軌制動(dòng)附加力?？梢钥闯觯鹤?、右橫梁處的最大鋼軌制動(dòng)附加力分別為30 kN、35 kN；主橋右端處的最大鋼軌制動(dòng)附加力為140 kN。

2.2 參數(shù)分析

我國(guó)使用的高速列車(chē)車(chē)型較多，但其它高速列車(chē)的編組形式、車(chē)輛軸距、定距等參數(shù)與CRH2動(dòng)車(chē)組基本相近，故這里僅考慮軸重（軌面制動(dòng)力率）的變化，以此進(jìn)行參數(shù)分析。

根據(jù)1.2節(jié)的計(jì)算，將軸重提高20%，再次進(jìn)行分析，表1給出了計(jì)算結(jié)果?？梢钥闯觯簷M梁與橋面的最大縱向相對(duì)位移為2.4 mm，增大33.3%；最大梁軌快速相對(duì)位移為1.1 mm，增大37.5 %，但仍滿(mǎn)足規(guī)范要求；左、右橫梁處的最大鋼軌制動(dòng)附加力分別為35 kN、40 kN，分別增大16.7%、14.3%；主橋右端處的最大鋼軌制動(dòng)附加力為170 kN，增大21.4%。

3 結(jié)論

列車(chē)在橋上制動(dòng)時(shí)，拱肋橫梁與橋面的縱向相對(duì)位移非常小，最大值在1.8 mm左右（偏安全考慮，不計(jì)橫木的彈性約束作用）。梁軌快速相對(duì)位移不超過(guò)0.8 mm，滿(mǎn)足規(guī)范要求，該縱向限位方案能夠滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)安全要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 廣鐘巖，高慧安.鐵路無(wú)縫線(xiàn)路[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2012.

[2] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10002.1-2005鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S].北京： 中國(guó)鐵道出版社，2005.

[3] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10002.3-2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[4] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10015-2012鐵路無(wú)縫線(xiàn)路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京： 中國(guó)鐵道出版社，2012.