连续梁桥上无缝线路设计与养护维修 89页

华东交通大学毕业设计（论文）任务书姓名施维学号20102110050230毕业届别2014专业软件+道路与铁道工程毕业设计（论文）题目连续梁桥上无缝线路设计与养护维修指导教师冯青松学历博士职称副教授具体要求:一、设计的目的与意义培养提髙学生综合运用在校所学的基础理论、基础知识和基础技能解决铁道工程实际问题的能力，以达到总结、巩固扩大和深化所学知识；培养和调动学生学习的主动性和积极性;激发学生创新精神；通过该项设计的综合训练，培养提高学生调查研究、查阅文献、收集运用知识的能力；综合分析、制定设计方案的能力；严密细致、動奋敬业的工作作风；并进一步培养学生的计算、绘图、运用工具书和编写说明书的技能，以及运用计算机软件、编制程序、绘图和进行外语翻译的能力。为本专业的毕业生将来在设计院、施工单位及铁路局工务部门从事铁道工程设计、施工和其他技术管理工作方式打下扎实的理论和实践基础，以便在激烈的人才竞争中充分发挥自己的专业优势。二、线路资料及主要技术指标1.线路条件列车最高运行速度120km/h,最小曲线半径R-800m,最人坡度30%。。2.桥梁条件预应力混凝土箱梁，分别有30m跨简支梁、连续梁等两种形式。单柱式桥墩。3.轨道60kg/m钢轨，WJ-2A扣件（铁科院专利），高架线长枕整体道床，轨枕铺设密度168（）根/km,道岔前后设单向钢轨伸缩调节器，温度跨较人时视情况必要时可设双向钢轨伸缩调节器。4洌车轨道交通B型车。：三、毕业设计的主要内容1•桥上无缝线路伸缩附加力、挠曲附加力及制动力的计算分析；2.根据线路纵向力的计算结果进行稳定性检算和锁定轨温的确定；3.基于线路纵向力的计算结杲和桥墩参数进行桥墩检算；4.利用Midas进行无缝线路伸缩力，挠曲力的计算分析。四、应提交的图纸及文件 1.毕业设计说明书包括目录、中文摘要、英文摘要、各部分的设计内容说明、工况分析、附图表、参考文献等五、参考文献：[1].广钟岩，铁路无缝线路（第四版）[M],北京：中国铁道出版社，201212].卢耀荣，无缝线路研究与应用[M],北京：中国铁道出版社，2004[3].练松良，轨道工程[M],上海：同济大学出版社，2006[4].陈秀方，轨道工程[M],北京：中国建筑工业出版社，2005[5].宋照清，多跨简支梁桥上无缝线路纵向力研究[D],北京交通大学，2011[6].倪向阳，城市轨道交通桥上无缝线路挠曲力研究[D],北京交通大学，201217].中华人民共和国铁道部，新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定以及其他期刊、硕士论文。进度要求：第1周接受设计任务，熟悉相关资料第2~4周进行伸缩力的手算计算第5〜8周进行挠曲附加力的计算第9〜12周进行轨道强度检算和桥墩检算第12〜14周进行Midas建模计算纵向附加力第14~15周进行论文正稿书写第16周答辩指导教师签字:年月日教研室意见：教研室主任签字：年月日设计（论文）起止时题目发出日期间 附注: 华东交通大学毕业论文开题报告书课题名称连续梁桥上无缝线路设计与养护维修课题来源A课题类型X导师冯青松学生姓名施维学号20102110050230专业软件+道路与铁道工程开题报告内容：在桥上铺设无缝线路的目的是为了最大限度地提高桥上无缝线路轨道结构的平顺性，以减轻列车车轮对桥梁的冲击，改善列车和桥梁的运行条件，延长线路设备使用寿命，减少养护维修工作量。桥上铺设无缝线路与在路基上铺设无缝线路有所不同，钢轨除受到列车动载、温度力、制动力作用外，还受到由于桥梁的伸缩或挠曲变形位移而产生的额外纵向附加力的作用。于此同时，钢轨也对桥跨结构施加大小相等、方向相反的反作用力。此外，桥上无缝线路钢轨一旦断裂，不仅危及行车安全，也将对桥跨结构施加断轨力。列车在桥梁上紧急制动或启动时，将在轨面上产生纵向摩擦力，并通过梁轨之间的约束，使桥梁产生制(启)动力。所有这些作用力，均将通过桥跨结构作用于墩台上。因此，设讣桥上无缝线路时，为保证轨道及桥梁结构的安全，提高行车的平稳性和舒适性，在设计中必须充分考虑无缝线路与桥梁的相互作用，严格控制轨道与桥梁相互作用的附加力；控制长轨条的纵向力，保证无缝线路稳定性和钢轨强度；控制钢轨折断时的断缝，确保行车安全；控制桥梁墩台的纵向水平力值，确保桥梁的安全使用。方法及预期目的：(1)通过对桥上无缝线路理论，梁轨相互作用原理，各种纵向附加力产生原理及计算方法的了解，对连续梁桥进行伸缩挠曲力的计算，给出了详细的计算过程。(2)在纵向附加力计算结果的基础上，对无缝线路进行轨道强度检算，锁定轨温的计算以及使用两种不同方法进行的桥墩检算。(3)在对桥上无缝线路手算计算方法的了解的基础上，使用Midas建立桥梁的简单模型，使用Midas的分析计算功能对桥梁的伸缩力、挠曲力进行计算，并对Mi血s分析软件的使用进行简单介绍。指导教师签名：日期：课题类型：(1)A_工程设计；B_技术开发；C_软件工程；D—理论研究;(2)X—真实课题；Y—模拟课题；Z—虚拟课题(1)、(2)均要填，如AY、BX等。 华东交通大学毕业论文评阅书(1)姓名施维学号20102110050230专业软件+道路与铁道工程毕业设计(论文)题目连续梁桥上无缝线路设计与养护维修指导教师评语:得分指导教师签字：年月日评阅人评语：得分评阅人签字:年月日 华东交通大学毕业论文评阅书（2）姓名施维学号20102110050230专业软件+道路与铁道工程毕业设计（论文）题目连续梁桥上无缝线路设计与养护维修答辩小组评语：得分组长签字：年月日答辩委员会意见：得分答辩委员会主任签字：年月日（学院公章）注：答辩小组根据评阅人的评阅签署意见、初步评定成绩，交答辩委员会审定，盖学院公章。“等 级”用优、良、中、及、不及五级制（可按学院制定的毕业设计（论文）成绩评定办法评定最后成绩）。华东交通大学毕业论文答辩记录姓名施维学号20102110050230毕业届别2013专业软件+道路与铁道工程题目连续梁桥上无缝线路设计与养护维修答辩时间答辩组成员（签字）:答辩记录:记录人（签字）：年月口答辩小组组长（签字）:年月日附注: 连续梁桥上无缝线路设计与养护维修摘要在桥上铺设无缝线路的目的是为了最人限度地提高桥上无缝线路轨道结构的平顺性，以减轻列车车轮对桥梁的冲击，改善列车和桥梁的运行条件，延长线路设备使用寿命，减少养护维修工作量。随着桥上无缝线路研究的深入，尽管无缝线路和桥梁的结构形式多种多样，还是有着各种对桥上无缝线路纵向附加力的计算软件和计算方法，像Midas,ANSYS等分析软件通过建立桥上无缝线路模型来达到计算分析纵向力的作用，而传统的手算简化计算方法却被很多人忽略。本文主要通过使用传统的手算简化计算方法来计算,实现连续梁桥上无缝线路的设计，给想要了解传统手算方法的人详细的计算方法和计算过程。在最后也给出对吋下简单好用的Midas分析软件的一些介绍和使用方法。本文所做的主要工作如下：(1)通过对桥上无缝线路理论，梁轨相互作用原理，各种纵向附加力产生原理及计算方法的了解，对连续梁桥进行伸缩挠曲力的计算，给出了详细的计算过程。(2)在纵向附加力计算结果的基础上，对无缝线路进行轨道强度检算，锁定轨温的计算以及使用两种不同方法进行的桥墩检算。(3)在对桥上无缝线路手算计算方法的了解的基础上，使用Midas建立桥梁的简单模型，使用Midas的分析计算功能对桥梁的伸缩力、挠曲力进行计算，并对Midas分析软件的使用进行简单介绍。关键词：桥上无缝线路；连续刚构梁桥；传统手算方法；Midas分析软件 ThedesignofCorrtinuouslyWeIdedRaiITrackRaiIwayonContinuousridge AbstractLayingseamlesstrackonbridge,thepuiposeistomaximizeridingcomfortseamlesstrackonthebridgestructure,toalleviatethetrainwheelsontheimpactofthebridge,improvetrainsandBridgesrunningcondition,prolongtheservicelifeoflineequipment,reducemaintenanceworkload.Within-depthstudyofCWR,althoughintheformofstructuresandbridgesCWRvariety,orwithavarietyofsoftwareandcomputationalmethodstocalculateadditionallongitudinalforcesofCWR?likeMidas,ANSYSanalysissoftware,suchasthroughtheestablishmentofCWRmodeltoachievethecomputationalanalysisoftheroleofthelongitudinalforce,andtraditionalhandcalculationsimplifiedcalculationmethodbeenignoredbyalotofpeople•Inthispaper,byusingtraditionalhandcalculationsimplifiedcalculationmethodtocalculateCWRcontinuousgirderbridgedesign,tothosewhowanttolearnthetraditionalhandcalculationmethodsdetailedcalculationmethodsandprocesses.IntheenditgivesonthelatestMidasanalysissoftwareeasytouseanduseofsomedescription.themainworkdoneisasfollows:(1)ByunderstandingthetheoryofCWR,beamorbitinteractiontheory,principlesandmethodsofcomputationofvariousadditionallongitudinalforcegeneratedcontinuousbeambridgestretchingflexuralstrengthcalculations,givesadetailedcalculationprocess.(2)OnthebasisoftheresultsofadditionallongitudinalforceonthestrengthofCWRorbitinspectioncount,checkthelockcountpiersandrailtemperaturecalculationscarriedoutusingtwodifferentmethods-(3)InthecalculationofCWRhandunderstandingofthecalculationmethodbasedontheuseofasimplemodeltobuildbridgesofMidas,Midasanalysisusingthecomputingpowerofthebridgestretching,bendingforceiscalculated,andMidasuseanalysissoftwareforsimpleintroduction.Keywords:Seamlesstrackonthebridge(CWR);continuousrigidframebridg；Traditionalhand-count；MidasAnalysisSoftwar 目录第一章无缝线路概述11.1国内外无缝线路的发展11.2无缝线路类型21.3桥上无缝线路设计原则31.4桥上无缝线路纵向力计算研究概况31.4.1国外研究现状41.4.2国内研究现状5第二章桥上无缝线路纵向力计算理论82.1概述82.1.1桥上无缝线路钢轨承受的纵向附加力82.1.2桥上无缝线路墩台承受的纵向附加力82.2梁轨相互作用原理9第三章纵向附加力的计算123.1伸缩附加力计算123.1.1基本假设123.1.2计算原理123.1.3伸缩力计算结果173.2挠曲附加力计算183.2.1基本假设183.2.2计算原理183.2.3挠曲力力计算结果243.3制动力的计算253.3.1制动力的计算原理253.3.2制动力的计算结果263.4断轨力的计算273.4.1断轨力的计算原理27第四章轨道强度检算294.1钢轨强度检算294.1.1计算参数294.1.2计算结果294.1.3轨枕的弯矩检算314.1.4由钢轨强度条件确定的温降344.1.5由钢轨断缝确定的允许温降344.1.6由桥上无缝线路稳定性确定允许温升35 4.2锁定轨温的确定374.2.1锁定轨温374.2.2锁定轨温的计算38第五章桥墩检算405.1桥梁墩台检算（一）405.1.1计算资料：405.1.2荷载计算：405.1.3墩身任意高度为h处H—H截面受力分析475.1.4墩身任意高度为h处H—H截面检算：485.1.5检算结果515.2桥墩检算第二种方法545.2.1基本原理545.2.2桥墩检算的荷载条件555.2.3垂直力的计算565.2.4检算结果58第六章无缝线路的养护维修606.1无缝线路养护维修606.1.1作业安排606.1.2维修要求606.1.3应力放散606.1.4防月长与防断616.1.5无缝道岔伤损部件的更换616.2桥上无缝线路养护维修626.2.1桥上作业注意事项626.2.2桥上无缝线路维护的主要问题62第七章桥梁无缝线路有限元初步分析647.1Midas分析软件的介绍647.2使用MidasCivil进行伸缩力的有限元初步分析667.2.1建立节点667.2.2建立单元677.2.3建立联接687.2.4添加荷载697.2.5运行分析707.2.6查看结果707.3使用MidasCivil进行挠曲力的有限元初步分析71 7.3.1挠曲力第一种情况71732挠曲力第二种情况727.4学习使用MidasCivil的总结73第八章结论与展望748.1主要结论745.2存在的问题及展望74致谢76参考文献77 第一章无缝线路概述无缝线路是现代化铁路的轨道结构型式。铺设无缝线路以后，可以大大降低线路及机车车辆的养护和修理费用，改善列车运行的平稳性，提高轨道电路的可靠性和导电性，延长轨道部件及机车车辆走行部分的使用年限。1.1内外无缝线路的发展德国是发展无缝线路最早的国家。1926年在线路上铺设了120m长的钢轨；1935年铺设了1km长的无缝线路试验段;1945年做出了无缝线路的规定。到1961年底，原联邦徳国无缝线路总长达到了29000km,1974年底达到了53000km,占线路总延长的79.3%o有79%的道岔也焊成了无缝道岔，并与道岔前后的长钢轨焊连在一起。美国于1930年首先在隧道内铺设了无缝线路，于1933年正式铺设于露天的线路上。美国于1933〜1936年期间，大约铺设无缝线路170km,以后时有间断，发展速度比较缓慢。从1950年起，随着--些固定焊轨工厂的建立才有一个新的局面。美国铺设无缝线路的总延长：1960年为7236km；1970年之后每年以8000km的速度递增，最多时年铺设10000kmo到1979年底全美已有无缝线路超过12000km,是世界铺设无缝线路最多的国家。法国也是发展无缝线路较早的国家。法国的无缝线路多数是使用伸缩调节器的温度应力式构造。轨下基础多为双块式混凝土轨枕、碎石道床，轨枕使用双弹性扣件与钢轨相连。法国于1948〜1949年期间进行了大量铺设试验，而后即推广开来。到1951年为92km；1952年为805km；1956年为3200km；1960年为6380km；1970年为12900km,并继续以每年约660km的速度发展。原苏联铁路1935年于莫斯科近郊的车站铺设了第一段无缝线路，轨条长约600m。由于苏联大部分地区温度变化幅度较大，最大幅差高达115°C,所以影响了无缝线路的发展，直到1956年才正式开始铺设。累计延长至1960年约为15000km,1970年约为16000kmo近十年发展较快，至今已有无缝线路50000余公里，约占营业线的36%,担负铁路运量的50%o所用钢轨为50kg/m或65kg/m,多使用混凝土轨枕、碎石道床。英国的轨温差最大仅67°C,适宜铺设无缝线路。至1978年底己铺设无缝线路14565km,占线路总延长的31%左右。英国铁路的无缝线路大部分使用BS113A型钢轨(56kg/m),轨下基础为混凝土枕或木枕，碎石道床。H本于50年代开始铺设无缝线路，现已铺设5000余公里。日本的无缝线路轨条最长为1500m,两端设置伸缩调节器。近年来建成的新干线，未经有缝线路过渡，直接铺成了无缝线路。新干线最初曾采用50kg/m钢轨，现已全部用60kg/m钢轨更替,轨下基础采用混凝土枕，碎石道床，部分采用板式轨道，钢轨与轨枕的联结采用双弹性扣件。我国铁路无缝线路起步于1957年，当时用电弧焊法焊接钢轨，首先在北京、上海两地各试铺无缝线路1km。次年扩大了试铺范围，有较多铁路局铺设了无缝线路,当年累计30余公里。以后引进工厂焊，在工厂采用气压焊机和电接触焊机将钢轨焊成125〜500m的长轨条运至工地，再按轨条设计长度用铝热焊法焊接联合接头。工地焊长一般为1000-1500mo长轨条铺入线路之后，在长轨条之间设2〜4 根缓冲轨，用普通夹板联接，以利调节轨缝和设置绝缘接头。目前全路已建成15个焊轨厂，多采用瑞士GAas・80和苏联K-190IIK接触焊机。京广、京沪、京沈、陇海、长大等主要干线几乎全是无缝线路。全路总延长约1・8万公里。多为50kg/m和60kg/m的钢轨,大部分轨下基础为混凝土轨枕。最近乂筹划发展超长无缝线路，采用长2.6m的111型轨枕。随着无缝线路的迅速发展，各国铁路都取得了一些新的经验。如焊轨工厂的合理设计；工地焊接联合接头和断轨再焊的新设备新工艺；旧轨整修后焊成长钢轨，铺设旧轨无缝线路；结合力很强的胶结绝缘接头；运输效率很高的多层长钢轨运输列车;新型长钢轨更换作业车；碳素钢钢轨与锚钢辙叉的焊接工艺；特大桥上和小半径曲线上铺设无缝线路的理论和经验等等。此外，在养护维修方面，除继续对无缝线路的稳定性，做进一步探索外，还总结和制定了一些管理规则和确保行车安全的措施。这些都有利于减少对无缝线路铺设的限制，使它在更广泛的范围得以发展。1・2无缝线路类型按处理焊接长钢轨因轨温变化而引起收缩方法的不同，无缝线路分为温度应力式和放散温度应力式两种。温度应力式无缝线路是由一根长钢轨及两端2〜4根标准轨组成。两端接头采用鱼尾板接头型式。在无缝线路铺设锁定后，钢轨不能因温度变化而自由收缩，因而在钢轨内部产生温度力，温度力大小随轨温变化而不同。一般并不放散其钢轨的温度力。这种型式的无缝线路结构简单，不需要特殊设备，铺设维修方便,在温差不大的地区，钢轨承受的温度力也不会太大，是一种比较好的结构型式。放散温度应力式无缝线路乂分为自动放散式和定期放散式两种。一般在温度差较大地区和特大桥上（如南京长江大桥），为了消除和减少钢轨内的温度力和尽量消除桥梁收缩附加力的影响，而采取自动放散温度应力式无缝线路。大桥上铺设的自动放散式无缝线路，系在焊接长钢轨两端设置钢轨收缩调节器,随时释放温度力。路基上铺设的自动放散式无缝线路，系在焊接长钢轨两端设置类似桥梁温度调节器的钢轨收缩头，并使用特殊制造的中间扣件，不设防爬器，使钢轨在垫板上能随轨温变化而自由收缩，以自动放散应力。另外还设有消除列车作用下引起的爬行的弹簧复原装置。由于其设备复杂，缺点很多，这种型式的无缝线路已趋于淘汰。定期放散式无缝线路与温度应力式相同。根据当地轨温条件，把钢轨内部的温度力每年调整放散1〜2次。放散时，松开焊接长钢轨的全部扣件，使它自由收缩，放散内部温度力，应用更换缓冲区不同长度调节轨的办法，保持必要的轨缝。定期放散温度应力式无缝线路适用于温差较大的寒冷地区（年轨温差超过95°C）。在我国东北的寒冷地区，曾试铺过这种形式的无缝线路。 1.3桥上无缝线路设计原则（D无缝线路设计要最大限度地减小轨道和桥梁所承受的附加纵向力，使桥上线路具有广泛铺设无缝线路的可能性。（2）无缝线路结构的设计，既要满足轨道强度和稳定性的要求，又要使桥梁受力合理，以保证桥梁和轨道运营的安全、可靠。（3）应尽可能增加焊接轨条的长度，减少桥梁及其附近的钢轨接头。提高轨道的整体性，以适应高速和重载运输的需要。（4）无缝线路的结构设计，要考虑便于线路的养护维修。1.4桥上无缝线路纵向力计算研究概况在桥上无缝线路的设计与计算屮既可以采用常量阻力，也可以釆用变量阻力。采用常量阻力计算时，梁轨位移的微分方程可转化成代数方程，使计算过程大为简化,易于被工程技术人员所接受，因此现有设计规范中倾向于采用常量阻力。但每跨桥梁只假设有一个梁轨位移相同点，不能处理梁轨间位移可能出现的没有相同点和有两个或两个以上相同点的情况。而现有的变量线路纵向阻力的微分方程法又计算量较大,较为繁琐且缺乏通用性。在梁轨相对位移较小时，线性阻力和非线性阻力均能得到较为满意的结果；但当梁轨相对位移较大时（如大跨度梁的计算），钢轨与桥梁之间的纵向阻力表现岀弹塑性特征，采用常量阻力会产生较大的误差。考虑弹塑性线路阻力的桥上无缝线路计算理论的研究是无缝线路研究的难点，目前虽然在这方面取得了一定进展，但还有很多问题尚待深入研究。迄今为止，我国对简支梁桥桥上无缝线路附加力的分析已取得了较为丰富的理论成果，但对于大跨度连续梁桥，由于其结构的特殊性，如连续刚构桥（其不仅具有桥面连续、行车舒适等优点外，而口其上部结构受力合理，能充分发挥高强材料的作用,有利于增大跨径，因此，近十年来在国内得到了广泛的应用和大量的推广），给桥上无缝线路的研究带来了新的课题，同时也要求桥上无缝线路技术向更深的层次发展。1.4.1国外研究现状徳国是最早发展高速铁路的国家之一，早在1964年Siekmeier就对轨道阻力一位移进行了研究。德国针对设计时速250km/h,实际时速不低于200km/h的新干线无缝线路桥梁的设计与施工制定了《铁路新干线桥梁的特殊规程（BESB）》，并在1985年生效。其屮汇集了德国有关高速铁路桥上无缝线路的大量科研与试验成果。它详细规定了高速行驶列车形成的离心力、牵引力，以及结构温度应力、无缝线路轨道纵向水平力传递的计算原则、方法等，并专门介绍了德国传递纵向力的几种特殊结构：RSB传力杆、徐变连结器、纵向连结器、减少钢轨伸缩长度的平衡梁。多跨简支梁伸缩力的计算结果与我国的计算结果接近，且认为在多跨简支梁的全桥活动端方向设置三跨跨度递减的简支梁可以减少钢轨纵向应力与水平支点反力，纵向阻力不仅与钢轨相对位移量有关，与轨道受载或不受载亦有区别，纵向阻力分位移阻力与爬行阻力两种, 墩顶位移由三部分组成：墩身弯曲、扩大基础或桩基倾斜、整个基础水平位移，并需要研究桥墩基础的刚度系数，区分首次加载、重复加载的刚度系数，以及短期加载引起的“动力刚度系数”。德国铁路还应用有限单元法，根据桥梁与线路间的相互作用关系，建立了桥上无缝线路纵向力的计算方法。线路纵向阻力采用分段线性模型，即梁轨位移小于某一位移时，线路纵向阻力与位移成线性关系，当位移大于或等于此位移时，线路纵向阻力为常数量。日本铁路60年代初期就开始研究桥上钢轨伸缩力的计算，并在其新干线段试铺了无缝线路，引起了各国的关注。日本铁路规定了各种跨度桥梁铺设无缝线路的技术条件，且在桥梁墩台的计算中就考虑了无缝线路纵向力的作用。在钢桥上，日木根据梁长和桥长的不同来决定桥梁支座的布置方式、伸缩调节器的设置和桥上线路纵向阻力等。钢桥跨度在25m及其以下、桥长不超过70m时，线路纵向阻力随桥长的增加而增大，有0、5.10kN/5•线）之分。在木枕线路、明桥面上，跨度60m及以上的桥梁在其活动端设置钢轨仲缩调节器。跨度在60ni以下，桥长大于60m的桥梁，将相邻桥墩的固定支座设在同一桥墩上，线路阻力采用15kN/（m•线）。但在既有线上,考虑60kg/m钢轨的发展，不论梁或桥的长度是多少，线路纵向阻力一律采用10kN/（ni•线）。在板式轨道桥梁上也采用同样的取值。桥上钢轨折断的容许断缝值:50kg/m钢轨为50mm,60kg/m钢轨为69mmo美国铁路规定，桥上铺设无缝线路时，跨度大于或等于30英尺（91.4m）的钢梁桥,或总长大于500英尺（152.39m）,曲线转角为2。，在梁的活动端应设钢轨伸缩调节器；桥上轨道要安设弹簧防爬器，其数量视桥跨长度而定。前苏联铁路规定，在跨度大于33m的桥上铺设无缝线路时，桥上线路要使用一定数量的K型扣件钢轨。在单跨超过55m和多跨总长超过66m的桥上铺设无缝线路时,要按交通部的有关规定办理。在20卅:纪70年代，有P.E.Pomogajev.S.K.Linov和N.P.Vinogorov等人进行了研究。20世纪60年代中期至80年代中期，国际铁路联盟（U1C）试验研究所（ORE）完成了桥上制动力、加速力及轨道与上部结构间的相互作用关系研究，参加单位有德国联邦铁路、法国国营铁路、原捷克斯洛伐克国家铁路、奥地利联邦铁路以及荷兰铁路等八个国家参加，此项研究偏重于试验，试验准备充分，测试计划周密，所得的结果极具参考价值，在理论方面也做了开创性的工作。南斯拉夫铁路的S.Rankovic对于线性与非线性计算进行了对比。1985年捷克铁路桥梁教研室的LadislavFRYBA假设线路阻力系数为常数，建立微分方程，得出解析解的表达式，这篇《无缝线路温度力与铁路桥梁相互作用》的论文，对我国桥上无缝线路的研究有较大的影响。随着现代计算技术的发展加速，拓展了桥上无缝线路计算理论的研究，使得计算机数值模拟技术在桥上无缝线路设计中得到广泛的应用。目前，西欧已建立了多种数学模型进行计算机数值模拟分析计算，荷兰特而夫脱大学研究了PROL1S计算程序，采用有限元方法对多种轨道结构进行了分析和比较。1.4.2国内研究现状我国以往的研究成果大多针对普通铁路无缝线路，国际铁路联盟试验研究所（ORE）在60至80年代关于纵向力的系统试验研究也是在既有普通铁路进行的，与普通线路相比，高速铁路的线路条件、荷载条件、桥梁都有较人的区别，普通铁路及 国外的研究成果不能完全照搬到我国高速铁路。我国高速铁路桥上无缝线路附加力的研究更具有其特殊重要的意义。近年来，由于新建桥梁不断采用新的桥式，给桥上无缝线路的研究带来了新的课题，同时也推动了桥上无缝线路技术向更深的层次发展。在我国铁路上，总长超过200m的桥梁铺设无缝线路，至少已有500余座，无缝线路研究人员及各大有关高等院校结合实际工程，对新建重要干线铁路的桥梁预留无缝线路荷载及桥上无缝线路轨道结构进行了研究，取得了阶段性的成就。从20世纪60年代开始，我国铁路对桥上无缝线路梁轨相互作用原理进行了大量的研究。并在大跨度钢桥上铺设了无缝线路。通过对大跨度钢桥桥面系在温度变化和列车荷载作用下的变形与轨道产生纵向力的关系进行了研究，拟定了挠曲力、伸缩力的计算方法。以后相继在武汉、南京、九江的长江大桥上铺设了无缝线路。无缝线路研究人员从1966年开始进行附加纵向（伸缩）力的试验，在此基础上建立了计算理论，认为桥上无缝线路最大伸缩力按桥梁总长度之半乘以线路纵向阻力计算不妥，它的错误在于没有从桥梁和钢轨受力或位移的相互作用关系上建立计算的平衡条件。60年代至70年代主要以32m梁为研究对象，80年代普遍釆纳和应用了在研究梁轨相互作用原理基础上建立的中、小跨度桥上无缝线路伸缩力、挠曲力的计算理论和方法。90年代以来，按照可靠度理论编制了桥梁设计规范时，对大量的挠曲力、伸缩力实桥测试资料进行统计分析，得到了挠曲力、伸缩力以及有关计算参数的统计特征，为桥梁设计预留无缝线路荷载值提供了依据。1994年耿传智根据梁轨相互作用原理和橡胶支座的特性，提岀了橡胶支座桥上无缝线路的伸缩附加力、挠曲附加力、断轨力及支座反力的计算方法；并以中跨度的无磧无枕梁为例进行计算，将其与固定一活动支座简支梁的计算结果进行了比较，为桥上无缝线路和桥梁墩台设计提供了理论计算依据。1997年黎国清、庄军生等采用平面体系建立线路与桥梁的相互作用力学模型，将轨道（钢轨）、道磴层、桥梁结构、支座、墩台、基础作为整体来考虑。梁体采用平面应力二维实体单元；道床采用线性桁式杆单元，材料特性根据轨道纵向阻力与梁轨相对关系来选择；钢轨采用线性材料杆单元。桥外路基上钢轨长度L|>Lo+4Om（L°为各孔梁单孔跨度的平均值）时，可满足计算精度的要求。通过计算分析桥上无缝线路附加力，给出高速铁路桥上钢轨容许附加应力值，提岀桥梁下部结构刚度应有的合理下限或应采取其它措施以使钢轨附加应力满足要求，并指岀墩台顶承受的纵向力大于现行规范的取值。2001年杨梦蛟、刑建鑫采用平面杆系建立轨道结构与桥梁相互作用的力学模型。将轨道结构、梁体、支座、墩台、基础作为整体来考虑。桥梁和轨道的联结采用非线性梁单元模拟，其材料弹性模量和屈服应力通过轨道纵向位移阻力与梁轨相对位移关系的双折线化确定；同吋为考虑梁跨挠曲对无缝线路钢轨受力的影响，梁跨高度采用刚臂模拟。由此得到的钢轨附加力和梁、轨位移与用变形微分方程计算所得值相比较,证实这一力学模型的合理性。陈丹华的对简支梁长桥采用质量法进行简化，将轨、梁、確、墩的特性集中于墩台上，根据机车动力学原理得出轨面制动力时程，对制动作用下的桥墩进行了动力反应分析。对短桥建立了整体化模型，模拟纵向阻力的抗弯杆件为一端狡接一端固定的计算模型，并根据杠杆原理用空间离散法将制动力离散到桥上节点，获得节点时程，为下一步输入梁轨整体模型进行计算准备。 2003年徐庆元、陈秀方在国内外研究成果的基础上建立了考虑钢轨一轨枕一梁体相互作用的连续梁桥上无缝线路梁轨相互作用的力学模型。用该模型分析连续梁桥上无缝线路附加力分布规律，与以往不考虑轨枕位移的影响的计算模型进行比较得出结果：挠曲附加力及断轨力受扣件阻力影响很大，降低幅度最多，伸缩附加力受扣件阻力影响小些，降低幅度次之；制动附加力与扌II件阻力关系不大，钢轨断缝值受扌II件阻力影响很大，降低扣件阻力将导致断缝增大。这一年，在我国第一条客运专线上进行了设置钢轨伸缩调节器，桥上无缝线路附加力的综合试验研究及在沙河特大桥上进行了DF11旅客列车制动试验。谢晓晖在陈秀方教授的指导下提出了用广义变分原理计算无缝线路伸缩力的计算方法。即先根据以往试验和计算结果拟定钢轨伸缩力的变化函数，再根据钢轨位移和伸缩力的微分关系得到钢轨的位移函数，从而结合结构的边界和变形协调条件并应用广义变分原理获得所需解答，开辟了求解桥上无缝线路纵向附加力计算的新领域。潘自立以国内外试验资料为基础并选用合理的力学参数，将轨道结构、桥梁作为一个整体，划分为杆件单元，支座、墩台、基础作为外加约束,分析其受力特性。根据梁轨间的力学机理，用非线性弹簧模拟梁轨间的相互作用，采用能量法建立梁轨间的能量平衡方程。利用广义变分原理，根据对号入座法则，建立桥上无缝线路有限单元非线性方程组，编制计算程序求解。蔡成标将轨道结构、桥梁及墩台基础作为一个整体系统，建立了桥上无缝线路纵向附加力计算的有限元模型,并编制了计算软件（BCWR）,可用于高速铁路特大桥上无缝线路的设计。江海波、吴迅根据无缝线路纵向力的传递机理、小阻力扌II件的非线性特征以及各部分的特征,建立了桥轨空间一体化的力学模型，运用法计算基础刚度。该模型中的构件单元全部用杆单元模拟，其中钢轨与模拟小阻力扣件的非线性杆单元连接，非线性杆下端固接在一长L的竖向刚臂上（这样可计算挠曲力），竖向刚臂通过横向刚臂与轨道梁相连，轨道梁乂通过刚臂、支座和桥墩相连，最后桥墩和模拟基础的杆连接起来，从而形成空间的整体。并通过编制非线性有限元程序进行实例模型验证，可计算温度力的影响，探究双线桥梁上单线荷载作用下挠曲力、制动力和单轨断裂时的断轨力。2004年徐庆元、周小林等从理论上并以三跨连续梁为例证明了采用常量线路阻力的计算模型计算桥上无缝线路伸缩附加力时，当跨径很大有可能不存在有力学意义的解，计算挠曲附加力时，当荷载较小有可能不存在有力学意义的解。针对常量阻力计算模型的缺点，建议对大跨度铁路桥梁应采用变量线路阻力计算模型。王平、陈小平以线一桥一墩为一体用有限单元法建立了桥上无缝线路的计算模型，考虑相邻轨条及桥墩纵向刚度的影响，计算了一根钢轨折断后的开口量，并比较分析了不考虑相邻轨条限制作用、不考虑桥墩纵向刚度、多根轨条同时折断等简化算法的计算偏差，为桥上是否设置钢轨伸缩调节器提供了依据。2006年朱文珍、陈秀方以国内外研究成果及试验资料为基础，采用分段线性理想弹塑性纵向阻力形式，建立传力明确、易于编程并能模拟梁轨相互作用原理的线一桥一墩一体化有限元计算模型，运用能量变分原理建立力学求解方程组，并用荷载细步增量法求解。研究了铁路简支梁桥、一般连续梁桥、新型铁路桥梁的纵向附加力及其特性。唐乐、陈秀方在综合考虑梁轨相互作用、墩顶位移、桩土相互作用的基础上结合有限元理论建立了“轨一梁一墩一基础”一体化有限元模型，采用变量阻力参数,利用MATLAB语言编制了桥上无缝线路纵向附加力计算程序。结合实际工点计算分析了桥梁墩台纵向水平线刚度对桥上无缝线路附加力的影响，并结合桥墩线刚度控制 条件探讨了连续梁桥墩纵向水平线刚度的限值。第二章桥上无缝线路纵向力计算理论2.1概述桥上无缝线路与路基上的不同，其钢轨除受温度力作用之外，还受桥上附加纵向力作用。2.1.1桥上无缝线路钢轨承受的纵向附加力（1）仲缩附加力梁因温度变化而伸缩。在明桥而上，梁上翼缘的这种纵向变形（即伸缩和位移），将梁、轨间的联结约束，使钢轨受到纵向力的作用。在有砂桥上，道床也会对梁、轨间的相对位移产生一定的约束阻力。伴随温度变化，因梁轨相互作用而引起的钢轨纵向附加力称Z为伸缩力。（2）挠曲附加力在列车荷载作用下梁因挠曲而产牛变形位移，在梁的挠曲过程中，由梁轨相互作用而引起的钢轨纵向附加力称之为挠曲力。（3）制动附加力如果列车在桥上制动，列车制动引起的钢轨伸缩，桥上无缝线路钢轨产生制动附加力。以上钢轨纵向附加力通过梁轨相互作用又反作用于梁跨和I古I定支座，使桥梁墩台产生弹性变形，墩顶发生纵向位移。2.1.2桥上无缝线路墩台承受的纵向附加力（1）伸缩附加力桥上无缝线路钢轨伸缩反作用于墩台的伸缩附加力。（2）挠曲附加力桥上无缝线路钢轨挠曲力反作用于墩台的作用力。（3）断轨力如果在桥上发生断轨，或者无缝线路的伸缩区设在桥上，钢轨的伸缩也会通过梁、轨间的约束使墩台和I古I定支座受到断轨力的作用。（4）制动附加力如果列车在桥上制动，列车制动引起的钢轨轨仲缩通过梁轨相互作用传递到墩台,使墩台的固定支座承受制动附加力。 所有这些互为因果的作用，可归结为梁、轨的相互作用。桥上无缝线路的设计检算就是通过对梁轨相互作用的分析，求得梁的位移分布，钢轨的位移分布和纵向力分布、墩台受力和墩顶位移，对钢轨和墩台进行强度和稳定性检算，并通过桥上无缝线路结构设计，减小梁轨间的相互作用，从而确保桥上无缝线路的安全。在桥上无缝线路设计时应控制梁轨间的附加纵向力，使之满足以下要求：(1)控制长钢轨纵向压力值，以防止桥上无缝线路胀轨跑道。(2)控制长钢轨纵向拉力值，以满足钢轨强度要求。(3)控制低温时钢轨折断时的断缝值，确保行车安全。(4)控制桥梁墩台的纵向水平力值，以确保桥梁的安全使用。2.2梁轨相互作用原理梁轨相互作用原理：因温度变化或列车荷载的作用，梁纵向位移，随着梁的位移，桥面系带动轨枕及扣件纵向位移，并通过扣件对长钢轨施加纵向力，钢轨受力变形后,对桥梁作用大小相等、方向相反的反作用力，此力通过梁、支座传递至墩台。梁轨间的相互作用，使得桥梁、钢轨最终达到一个相互约束、相互作用的力学平衡体系。任取一微段长度的钢轨为自由体来分析其平衡条件，如图2・1所示。设钢轨以受拉为正，坐标以向右为正，梁的位移△和钢轨位移y均以向右为正。梁轨相对位移z为：z=y-A(1)当钢轨的位移大于梁的位移时，z为正。P+dPF(z)图2-1梁轨位移图p(z)表示梁轨间的纵向约束阻力，即线路纵向阻力。p是Z的函数。当梁产生位移时，p(z)是梁作用于钢轨的纵向分布荷载。由力的平衡条件2X=0可得：BP：dPdx="(z)(3) 由虎克定律知:dy_Pdx式中：E—钢轨钢的弹性模量F—钢轨的截面积d2ydx1由式(1)知:d2ydx2dx2+乔⑹式(6)代入式(5)得:d2z1/、d2~d^=~EFP^Z一乔(?)式(7)为梁轨相对位移微分方程，反映了钢轨纵向受力的静力平衡条件，是求解桥上无缝线路纵向力问题的基本微分方程。根据边界条件，采用数值方法，可求得钢轨位移量和纵向附加力。1.线路纵向阻力函数p(z)为常量由式(3)得:令"(8)对式(8)积分得到钢轨力的分布函数：P=px(9)可知P为X的线性分布，如X从0到1,作岀钢轨力的分布函数图如下:P0X1X图2.2钢轨力的分布函数图式(9)代入式(3)得:dy_px~dx~~EF对式(10)积分得到钢轨位移的分布函数: px22EF(11)2由上式可知位移为X的二次函数，在钢轨力分布图中牛为X点以左阴影部分的面积®,那么“竺(12)•EF2.线路纵向阻力函数p(z)为变量假设卩⑵二a-bz+czi,s,将其代入式(7)有：d2z1z,丄、d2-^=—^-bz^-cz5)一-—(13)dxrEFdxT式(13)为二阶非线性微分程，可用龙格一库塔(Runge・Kutta)法求解。 第三章纵向附加力的计算3.1伸缩附加力计算3.1.1基本假设(1)假设简支梁固定支座与梁端完全固结，活动支座的阻力可忽略不计。(2)梁的温度变化仅为单纯的升温或降温，不考虑其交替变化，并取一天内的最大温差计算梁的伸缩量，按设计暂归取下列设计值：有磴轨道混凝土梁：±15°C无磴轨道混凝土梁：±20°C钢梁：±25°C(3)梁、轨间的作用力，在无磴轨道上是通过钢轨扣件传递；在有磴桥上是通过扣件阻力、道床阻力二者之中较小值传递。3.1.2计算原理梁因温度变化而伸缩，并带动轨枕位移，轨枕位移使扌II件产生纵向力，作用于钢轨，这一作用力称之为无缝线路的伸缩附加力。桥上钢轨伸缩附加力与梁轨温差、线路纵向位移阻力、桥梁跨度、跨数有关，而线路阻力的方向又由梁轨问的相对位移来决定。现以处于无缝线路固定区单孔简支梁桥为例，来阐述桥上无缝线路伸缩力的产生。当温度变化时，长钢轨产生虚应变，不产生位移却产生温度力，而简支梁则随着温度变化产生伸缩位移量Ub，若梁的跨度为L梁的温度变化为Atb，则在简支梁的活动端位移量Ubo二a/ktbi。梁伸缩带动桥枕和扌II件位移，扌II件对长钢轨施加纵向力。此力为机械力，长钢轨在此机械力作用下产生实应变，且产生与梁位移方向相同的位移Ur，见图，在临近活动端一定范围内Ub>U「。两端桥头线路提供与梁位移方向相反的阻力，阻止长钢轨位移。平衡条件(1)梁跨内存在梁轨位移相等点：)如=人灯(2)在伸缩力影响范围内，钢轨伸缩变形的代数和应为零：^-^=0EF 钢轨位移梁位移图3・1伸缩力及梁轨位移图由于长钢轨是连续的，在梁的固定端，即使梁的位移SUb=O,长钢轨依然产生位移u「，故在梁的固定端及其临近ur>ub,长钢轨位移并对梁施加纵向力，梁对长钢轨作用大小相等、方向相反的反作用力。梁轨位移量由梁的活动端ub>ur,,至临近固定端变为ur>ub,相应的梁轨间的纵向力也发生变化。在梁的活动端及其邻近施力体是梁，作用在长钢轨上的纵向力与梁位移方向相同。在固定端及其邻近，施力体是长钢轨，作用在钢轨上的纵向力与梁位移方向相反。故在每跨梁上可能存在U尸几，在此截面上，作用于钢轨上的轨道纵向阻力等于零。图2.6所示为温度升高情况下梁轨相互作用示意图。若温度下降，则梁位移方向及纵向力作用方向与图示方向相反。桥上钢轨伸缩力与梁轨温差、线路纵向位移阻力、桥梁跨度、跨数有关，而线路阻力的方向又由梁轨间的相对位移来决定。如果梁上某一截面I因温度上升而出现位移量Ubi大于同一截面钢轨位移量U「i钢轨将相对于梁固定端移动，由此得到作用于钢轨上指向活动端的阻力方向。反Z,如果UbiV5,则得到作用于钢轨上的指向固定端的阻力方向。由于伸缩附加力有正有负，同时桥上和路基上提供纵向阻力也不相同，故仲缩附加力一般呈锯齿状分布。梁因温差而发生热胀冷缩，梁的收缩带动道床、扣件共同发生变形，从而引起钢轨产生与主梁仲缩方向一致的位移，而钢轨的位移又受到桥墩固定支座端或者路基的约束，使得钢轨在主梁活动端受压；在固定端一侧的线路则拉住 钢轨限制与主梁一致的位移，使得钢轨在主梁固定端受拉，在固定端与活动端之间，必然有钢轨纵向力由拉变压的突变点。因梁温度仲缩所引起的这种钢轨纵向力称为仲缩附加力。钢轨的仲缩附加力会通过支座传递到墩台及基础上，对桥梁下部结构同样产生影响。根据梁轨相互作用原理，当线路阻力为常量时，钢轨仲缩力分布为折线形,故可用代数方程求解。计算仲缩力时，假定简支梁固定支座能完全阻止梁在支座处的位移，活动支座抵抗仲缩的阻力可略而不计，梁在支座外悬出部分不考虑;假定梁的温度变化为单纯的升温或降温，不考虑梁温在梁体上变化梯度；在有磴桥上，线路阻力取扣件阻力和道床阻力较小者。对简支梁而言，当梁的温度变化为缸时，梁向活动支座端发生位移血，其计算式如下：△x二a・L・Zkt式中：AX——至I古I定支座距离为X的梁截面位移量；At——至固定支座距离为X时梁长；a——线膨胀系数，钢为1.18x10^-5/°C,钢筋混凝土的为1.0xl0A-5/°Co梁各截面位移时，扣件阻力将作用于钢轨，推动钢轨向粱的仲长方向位移。钢轨的位移将受到桥梁两端线路纵向阻力的阻抗。梁活动端以外的线路纵向阻力抵抗钢轨向桥外位移，使括动端附近钢轨受压。粱固定端以外线路纵向阻力抵抗钢轨向活动端位移，使粱固定端附近钢轨受拉，如图3-2中的第一个图。图中AOF线之下表示压力，之上表示拉力。当扣件阻力采用常量时，仲缩力图呈折线形状。钢轨因受仲缩力的作用，钢轨各截面向粱的伸长方向位移，如图3・2的第二个图。以y表示钢轨的位移，其位移曲线为ABCDEF曲线上各点的纵坐标值即为钢轨各该截面的位移量。其算式为力图面积除以EF,即yi=EWj/EFYi——钢轨截面f的位移量；工Wi——钢轨截面i以左或以右的仲缩力图面积的代数和;折上无缝线路纵向力的计算，仅根据静力平衡条件是不够的，还必须补充一个变形条件Ewj/EF=0此式即为变形协调方程。它表示在仲缩力影响范围内，钢轨仲缩变形的代数和应为零。也可以用几二0或y尸0表示，也就是说，在梁的左侧或右侧路基上仲缩力的始、终点，其钢轨位移应为零。根据钢轨力曲线、钢轨位移曲线和位移阻力三者在几何上的关系。由梁轨相互作用微分方程J=r(u)和譽=吉吟二右3)可知。钢轨位移最大处，对应的钢轨力P二0,对应于图中C、E点，U拐点B、D和F对应于U「二0处，即纵向阻力r在这些点变号，而钢轨力P取得峰值。由于结构形式及外荷载均对称，因此钢轨伸缩力和梁、钢轨位移均相对于D点对称，在D点桥轨位移相等，U-Ub,在D两侧桥上，梁位移绝对值均大于钢轨位移绝对值，轨道相对于桥均往D点方向位移，轨道阻力均指向梁端；而在路基上的轨道，无论左右均被桥梁带动产生与梁端同方向的位移，故阻力均指向D点。 因为U日(P/EA)dx=JPdx/EA=W(x)/EA所以,钢轨力所围的面积和钢轨截面位移成正比。由于ZUi=0,所以SW1=O,即全部钢轨曲线所围面积的代数和为0。桥梁墩台所受的无缝线路纵向力等于件用于梁上轨道阻力的总和，亦等于梁两端钢轨截面纵向力的代数差。下面分析粱轨之间相互作用。伸缩力的计算采用试算法。设在任一位置对钢轨做一截面，如在固定端B处将钢轨截开。在截开的钢轨断面上，各作用一未知的伸缩拉力代。为平衡右侧钢轨截面上的伸缩拉力D，必相应有长5的一段线路纵向阻力发挥作用。 Pb=p-labLab=Pb/pL“b范围内，钢轨拉力图呈三角形ABB1,其面积以wi表示。钢轨截面B向右的位移量为Yb二wi/EF二PB・lab/2EF截面B为粱的固定支座，0工0。yb=0得Px2=-plbc-plcx2+plab=-plcx2因W]=0.5Pb2/p在D处，有yX2=AX2=0可得yX2=(w1+W2+W3)/EFW3=px21cx2/2=-plCx22/2 有yx2=(0.5pb2/p+0.5plbxi2-0.5plCX22)/EFPb=plab=plbxl再由yX2=o有0.5plbxi2+0.5phxi2=0.5plcx2221bxl~=lcx2V21bxl=lcx2P为纵向阻力常量p=6.5KN/m3.1.3伸缩力计算结果伸缩力计算结果如下图所示。0.0048m0.0048n钢轨位移图3-3伸缩力计算结果图3.2挠曲附加力计算3.2.1基本假设 （1）假设列车荷载分段进入梁内，分段长度越短，计算越准确。通常假设分段长度为一跨梁长。（2）前一荷载位置下的挠曲力对后一荷载位置下的挠曲力影响忽略不计。（3）对挠曲力和伸缩力分别计算。计算挠曲力时，不考虑伸缩力的影响。（4）假设固定支座与梁之间狡接，活动支座的阻力可忽略不计。3.2.2计算原理梁在荷载作用下产生挠曲变形，其上翼缘收缩，下翼缘伸长，梁各截面发生旋转，在固定支座处，梁下翼缘的位移受到固定支座的约束。梁各截面上翼缘的纵向位移Ax为梁的平移与旋转的组合，可按下式计算△x=9xhix+%h2o（15）式中％-1古I定支座处（X二I）梁截面转角；h20-固定支座处（X=l）梁中性轴至下翼缘的距离；务-距离活动支座X处的梁截面转角；hix-距离活动支座X处的梁截面中性轴至上翼缘的距离。连续刚构等因墩台与桥梁固结在一起，在计算梁上翼缘纵向位移时需考虑墩台的变形。以简支梁为例rm图34简支梁挠曲力示意图挠曲力计算原理与仲缩力的计算基本相同，可参照仲缩力的计算进行。在列车荷载作用下，梁跨和钢轨都会发生烧曲变形。由丁-梁、轨间发生相对位移，通过线路阻力给钢轨施加纵向水平力，这即是挠曲力。与此同时该力以大小相等，方向相反作用于桥梁传至墩台。计算烧曲力时，荷载一般采用中活载,客运专线采用ZK荷载,不考虑列车速度系数的冲击作用。 在计算附加烧曲力时假定：a.列车分阶段进入梁跨，当它进入第二跨后，对第一跨的反向位移略去不计。b.不考虑钢轨内仲缩力及残余烧曲力的影响。C.荷载作用下的线路纵向阻力为常量。附加晓曲力与附加仲缩力不能叠加，应分别考虑，只取其中较大的力作为控制因素。计算原理和计算方法和伸缩力计算一样，平衡条件仍然是a.Afe=yk(16)b.J^Aj=0(17)计算挠曲附加力时，首先要计算梁上任一截面的转角计算时，将中活载换算成均布荷载并按照“桥规”规定，计算梁的纵向位移时,不计荷载的冲击系数。计算图式如下图所示。换算均布荷载图3-5简支梁换算均布荷载作用下梁的内力其中:Mo为单位力偶作用于计算截面上的弯矩;为荷载作用于计算截面上的弯矩;爲为梁的弹性模量;E为钢轨的弹性模量;J为梁的换算惯性矩。由材料力学知：沁dx(18)XE]J因为Mx=qy-qf，M0=l求解式(17),并考虑到求积分常数的边界条件为：X=|l,0X=O(连续刚构O的)，得久=(-61x2+4x34-—I3)(19)X24E1J128梁上任一截面的上缘纵向位移由下式求取△x二°xhi+%山2（20）式中hlfh2—梁的上、下缘至中性轴距离;・9q-x=0时‘梁固定端的截面转角； eQh2-梁的平移值；q—换算均布荷载；J—梁的换算惯性矩。挠曲力的大小和性质与荷载种类、位置和桥梁截面型式等有关。当hx工h2时比=船（+6収2・4宀晋门+丐]3.船（21）x24E]JV128）12824E【J其中，x=0、2m、4m.…,为各分段点到活动端的距离。当hx=h2时亠=曇（31x2-2x3）（22）其中,x=0、2m、4m•…,为各分段点到活动端的距离。梁在任一截面K的位移由下式计算：△kI"（23）KC式屮：W——相邻截面梁的梁的位移；【KK点到/点的距禺；C一一截面分段长度（2m）计算数据梁高取500cm,上下翼缘与中性轴相距相等，取250cm,J=3.403xl08cm4/片,Ei=41.2xl05N/cm2,屮活载换算全梁上均布荷载为q二477N/（cnr片梁），钢轨为60kg/m钢轨，横截面积F=77.45cm2o第一种加载情况图3-6挠曲力计算的第一种加载情况 表3・1挠曲力计算的第一种加载情况梁的位移第一种情况距离活动端距离位移距离活动端距离位移00320.188720.0024340.180340.0092360.165360.02380.143380.0336400.1134100.0496420.075120.0674440.0274140.086246-0.03160.105248-0.098180.12450-0.1772200.141852-0.2683220.177854-0.372240.171456-0.489260.18258-0.6199280.18960-0.7655300.1914卩1=辺1()P2=Prr1liP3=P2+rilir-A/4段轨而无载情况，无缝线路纵向阻力；勺一轨而有载情况，机车下AC段无缝线路纵向阻力;钢轨各段的变形量"2EF82=(P1+P2H12EF(P2+P3H12EFPSA22EFr2梁轨位移相等点C点的钢轨位移Sc=8i+82^8=81+82+83+84有6.41(F+15x(6.41()x2-13.5x15)+15x(6.410x2-13.5x15)+6.”lo2/6.4=O12.8lo2+3Ox2x6.4lo-3Ox13.5x15=0解得/o=l1.45m代入公式得钢轨挠曲力Pi=6.4x11.45=73.28KN P2=73.28-13.5x15二129.22KNP3=73.28KN钢轨的位移量=2.579xl0"4m_73.28xll.4512x2.1xl08x7.745xl(r352二空譬竺竺=25795x10"m2x2.1xl0sx7.745xl0-353=-2.5795xl0_4m54=2.579x10-4m第二种加载情况第二种情况图3-7挠曲力计算的第二种加载情况表3-2挠曲力计算的第二种加载情况梁位移第二种情况距离活动端距离位移距离活动端距离位移00320.18920.0024340.18240.0092360.171460.02380.177880.0336400.1418100.0496420.124120.0674440.1052140.0862460.0862160.1052480.0674180.124500.0496200.1418520.0336220.1778540.02240.1714560.0092260.182580.0024280.189600300.1914PiploP2二Pi・nhp3=p2+r1l1P4二P3・nhP5二P4+IJ1钢轨各段的变形量 §2=(P1+P2)1!2EF§3=(P2+P3H12EF纵向阻力pSKN/n.竖向有载Ir2=6.4KN/m竖向无载§4=（卩3+卩4）】12EF§5=(P4+P5H12EFMS^8=81+82+83+84+85+86=0可得解得6.4loS(2x6.4x15Io-13.5xl5xl5)x4+6.4lo2=O12.81()2+768lo-12150=0l()=13m挠曲力Pi二83.2KNP2=-119.3KNP3=83.2KNP4=-119.3KNP5=83.2KN钢轨各段的变形量g_Pllo_83.2x1312EF2x2.lxl08g=(Pi+P2)h,1=3.325xl0"4mx7.745xl0"3(83.2-119.3)x15quu匚ac_4=-1.665x1022EF2x2.1x108x7.745x10-3(-119.3+83.2)x151665xl0-4m「382EF2x2.1x108x7.745x10父(P3+PJ1(83.2-119.3)x15ddn-4_o4=4=；=-1.665x102EF2x2.1x108x7.745x10-365=^1=(-■■9.K83.2)XI5_L665xl0-4m2EF2x2」x10sx7.745x10"3cPs*Ps83.2x83.2oerr叩c—466=77—=:—=3.325x104m2EFh2x2.1xl(rx7.745xlOJx6.483.2x83.2 3.2.3挠曲力力计算结果第一种情况图3-8挠曲力计算的第一种加载情况结果图第二种情况0.1914梁位移 图3-9挠曲力计算的第二种加载情况结果图3.3制动力的计算3.3.1制动力的计算原理制动力一因列车在桥梁上起动或制动，引起桥梁与钢轨纵向相对位移而产生的纵向力，分为钢轨承受的制动力和桥梁承受的制动力。作用于桥梁的一线列车制动力用T4表示。列车制动是一个过程，轨面制动力的研究结果说明制动力最大的时刻不是制动开始时，而是列车速度接近0的时刻，而且制动力的最大值和制动前初速度关系不大。对于分析纵向力的传递，所要知道的是制动过程中制动力的最大值，而对于制动过程中的情况可不用了解。牵引/制动力通过轮轨摩擦直接作用于轨面，当桥梁位于无缝线路固定区时,牵引/制动力一部分由钢轨承受，另一部分通过扣件和道床传递到桥梁，桥梁承受的牵引/制动力按现行国家桥梁设计相关规范计算。当桥梁两端设置钢轨伸缩调节器时，牵引/制动力由桥梁承受。牵引/制动力计算可采用本规范图E.0.5-1模型计算，其中梁位移仅考虑墩台顶的纵向位移，桥梁上翼缘各处位移与固定支座处位移相等。在计算模型中，牵引/制动力集度q可按下式计算q=wQx(24)式中U—轮轨粘着系数；6—设计活载，选择相应的桥梁设计标准活载，根据桥梁跨度截取活载长度并换算成均布荷载，加载长度一般取400m。如果列车在桥上制动，列车制动引起的钢轨轨伸缩通过梁轨相互作用传递到墩台，使墩台的固定支座承受制动附加力。所有这些互为因果的作用，可归结为梁、轨的相互作用。桥上无缝线路的设计检算就是通过对梁轨相互作用的分析，求得梁的位移分布，钢轨的位移分布和纵向力分布、墩台受力和墩顶位移，对钢轨和墩台进行强度和稳定性检算，并通过桥上无缝线路结构设计，减小梁轨间的相互作用，从而确保桥上无缝线路的安全。在桥上无缝线路设计吋应控制梁轨间的附加纵向力，使之满足以下要求：(1)控制长钢轨纵向压力值，以防止桥上无缝线路胀轨跑道。(2)控制长钢轨纵向拉力值，以满足钢轨强度要求。(3)控制低温时钢轨折断时的断缝值，确保行车安全。(4)控制桥梁墩台的纵向水平力值，以确保桥梁的安全使用。根据试验说明，列车制动时在列车停车瞬间制动力达到最大值。在列车前部的车轮下钢轨发生最大压力。列车尾部的最后一车轮下钢轨发生最大拉力。最大压力一般大于最大拉力。无缝线路运营表明，制动力往往是线路胀轨跑道的一个重要诱因，所以有必要根据桥跨的具体情况，计算其列车制(启)动力对桥梁及 无缝线路的影响，并进行最不利组合，以保证线路的安全可靠运行。制动力的计算方法与挠曲力的计算方法一样，只不过活载取10%来计算，两种情况得制动力图如下。第一种情况第二种情况图3-9制动力计算的两种种加载情况3.3.2制动力的计算结果第一种情况图3-1()制动力计算的第一种加载情况结果图第二种情况 制动力图3-11制动力计算的第二种加载情况结果图3.4断轨力的计算3.4.1断轨力的计算原理断轨力是钢轨在低温下折断，钢轨的收缩受到线路纵向阻力约束，由于梁轨之间相对位移而引起的作用力，最后形成一个平衡体系。（1）断缝计算桥上无缝线路断轨力通常只对一股钢轨进行计算。口前在桥上无缝线路断缝的计算中都采用了简化算法，例如不考虑折断后的应力重分布、不考虑墩台水平线刚度、不考虑相邻钢轨的影响、不与伸缩附加里叠加计算等。钢轨断缝的大小跟线路纵向阻力、温度拉力和钢轨的折断位置有关，低温时,最大伸缩拉力产生在活动端桥台处，固定端桥台处产生最大伸缩压力。但实际上,伸缩附加力引起的钢轨变形量很小，所以伸缩力所引起的断缝值可以近似按照伸缩力在桥上某断面钢轨的最大位移取值，可按ys=5mm计。低温下钢轨折断，钢轨从端口处收缩，位移量很大，远远超过了纵向阻力的弹塑性范围。在这种情况下纵向阻力按照变量计算已经没有意义。因此，检算钢轨断缝时纵向阻力按常量取值。参照国内外试验，建议50kg/m,60kg/m钢轨桥上容许断缝值：1）无旌轨道＜100mm；有石乍轨道＜80mm；2）时速200km及以上轨道，一般情况＜70mm,困难情况下三90mm。如超过容许值，需要重新布置轨条，调整线路纵向阻力分布。 若断缝发生在活动端桥台处时按下公式计算断缝值:2n2y厂乔+盘+y$(25)Pt_37623762丫厂2x13.5x2」％1()8><7.745><10心2x6.4x2.1x108x7.745x10-3+0.005=0.015m=15mm若断轨点在桥梁中心，且桥梁较长时用以下公式计算断缝值:+ys(26)3762犷TIkT而希看咖血阿tee（2）断轨力计算桥梁墩台及固定支座承受的断轨力，按一跨简支梁长度或连续梁一联长度的纵向力进行计算，但不得大于最大温度拉力。断轨力按下面公式计算：T=rxl=6.4x60=384KN图3-12断轨力计算结果图 第四章轨道强度检算4.1钢轨强度检算钢轨强度检算根据《铁路轨道强度检算法》TB2034-88,按连续弹性基础梁理论计算。4.1.1计算参数(1)钢轨参数钢轨钢弹性模量E，=2.1xlO77V/cm2钢轨钢的线膨胀系数«=11.8xl0VC钢轨横断面积F=77.45cm2钢轨对垂直轴的惯性矩人=52W钢轨垂直磨耗按6mm计钢轨对水平轴的惯性矩Ix=32门ad钢轨上部断面系数叫=339c/?/3钢轨下部断面系数W]=396口才(2)DF4机车的轮重、轴距(3)速度系数a=0.004v=0.004x121.6=0.486(4)偏载系数Pp=0.002Ah=0.002x75=0.15(5)横向水平力系数/=1.45(查《轨道工程》上表64P206)(6)钢轨允许应力351MPa(7)钢轨支点刚度检算钢轨时取300kN/cm(8)轨枕间距a二晋罟=59.5cm1680(9)机车通过曲线轨道的允许速度的确定，对于新建线路，通过R=800m曲线轨道时的机车允许速度可按vmax=4.3VR来计算，得vmax=121.6krn/h,对轨道的各部件的检算用此速度来进行检算4.1.2计算结果(1)钢轨基础弹性系数、刚比系数30000=50.4MPa(27) 卩鳴二岛箫糸°・°°11686mnri(28)(2)钢轨弯矩其中(29)|i=e"Px(cosPx-sin卩x)钢轨弯矩计算结果如表4-1所示。表4・1钢轨弯矩计算表计算轮位计算值轮位1231P(N)11500011500011500096452.921x(mm)018003600做02.103484.206961-0.1671410.005862牛115000i-1922L21i674.13i2P(N)11500011500()11500076557.58x(mm)180001800px2.1034802.10348-0.1671411-0.1671411-19221.21115000-19221.21M=-^yPu=^^777777x96452.92=20634288.89(Nmm)4卩乙〃4x0.0011686(3)钢轨动弯应力动弯矩前面有给出，a=0.486偏载系数Pp=0.15横向水平力系数f=1.45Md=M(l+a+[3p)匸20634288.89x(1+0.486+0.15)x1.45=48948660.1(Nmm)计算钢轨的动弯应力6d和％查《轨道工程》表6・1可得新轨的Wi=396000mnP,W2=339400mm3,则得轨底和轨头应力为廿黔严詈鷲=123.6(Mpa),dW]396000H =144.2(Mpa)Md_48948660.1G2d~w^=339400无缝线路由25m长的60kg/m钢轨的温度应力ot=51Mpa,则得钢轨的基本应力为轨底6d+G=123.6+51=174.6(Mpa)轨头a2d+at=144.2+51=195.2(Mpa)钢轨的屈服极限为os=456(Mpa)，钢轨的安全系数取1.3,即k二1.3,允许应力[n]=—=351(Mpa)上述轨底和轨头的基本应力均小于k],符合钢轨的强度检算条件。4.1.3轨枕的弯矩检算计算k和p的值，计算轨枕弯矩时，用D=70000N/mm,由此可得B和k的值70000k=——=117.6(Mpa)117.64x2.1x105x3217x104J丿J=0.00144(mm"1)计算轨枕反力的当量荷载与计算护卩一样，也列表计算，其结果见下表4・2其中耳=&朋(cos卩x+sin卩x)50.44x2.1x105x3217x104=0.0011686mm-1 结果取表中丫丹7较大值表4・2》Pq的计算表计算轮位计算值轮位1231P(N)11500011500011500093195.761x(mm)018003600Bx02.103484.206961-0.168981-0.020621沏11150001・19432.821・2371.4212P(N)11500011500011500076134.36x(mm)180001800Bx2.1034802.10348-0.1689811-0.168981沏-1<)432.82115000-19432.821取》Pr)=93195.76N计算轨枕上的动压力Rd速度系数：⑴需=爲尹=0.3648；偏载系数：pp=0.002Ah=0.002x75=0.15a=595mmRd=R(1+a+pp)=(1+0.3648+0.15)x学工Pt]0.00144x5952Rd=60478.49NRd约为静轮载的64.9%,以此计算值来计算轨枕弯矩。Rd=1.5148xX93195.76对于II型轨枕L=2500mm,a]=500mm,e=950mm,60kg/m,轨底宽b=150mm,计算轨下截面止弯矩，得Rd=(^^3■罟)x60478.49=6823724.37(Nmm)在计算轨枕中间截面弯矩时，可按下两种不同的中部支承方式的计算结果进行比较。ML二4(3L+2e)Rd(30) W二(书Rd(31)Mc=-4e2+3L2"2Lai・8eai4(3L+2e)X60478.49■4x9502+3x25002-12x2500x500-8x950x5004x(3x2500+2x950)2500-4x5004=-5726155(N-mm)X60478.49=-7559811(N-mm)显然，轨枕中部支承时产生的负弯矩比中部不支承时的负弯矩大32%。道床顶面应力的检算。对于II型轨枕，中部600mm不支承在道床上时,e=950mm,中部支承在道床上时e=l175mm,b=275mm,道床分布不均匀系数为m二1.6,所以按照上述两种支承情况可算得道床顶面压应力为Rd60478.49叨施"开丽U6=0.370(Mpa)Rd60478.49z际辰血齐而xl.6=0.299(Mpa)上述巾V［巧］=0.5(Mpa)满足强度条件。路基面道床压应力的检算。可以有两种检算方法，一是根据已知的道床厚度,检算路基面的道床压应力，另一是根据路基填料的允许应力反算所需的厚度。第一种计算方法如下：b275zhj=-cot(p=cot35°=196.4(mm)e"1175h2=—cot(p=cot35°=839.0(mm)由前面的计算资料可知，面斫厚250mm,底确厚200mm,道床的计算厚度h=250+200/2=350(mm)o所以，计算厚度在免和他之间，应按下式计算听_Rd_60478.49。厂2hetan(p—2x3500x1175xtan35。=0.0105<[or]=0.13(Mpa) 第二种计算方法如下Ra60478.49/、性珂汕3叫=2><1175><0.13>^35。％2・72(mm)道床厚度的计算值小于实际的道床宽度，满足要求，并采用实际的道床厚度,检算通过。4.1.4由钢轨强度条件确定的温降桥上无缝线路的钢轨应力，包括动弯应力、温度应力、伸缩应力或挠曲应力。轨道强度检算的条件是各项应力之和不超过钢轨容许应力，即：轨底：<7盟+弔+可4x87&20x|()5x3・375xl(f7兀3"0.2=1.91338xl05cm2刊EI生輕+占Q”f+fop+汨"1.91338xio52・172xlO“x吐也沁弊哩+"87x1.91338x1050.2+3.575xl0-7xl.91338xl05+4x2.65xl0_5xl.91338xl05兀S=2.658x106N容许温升:…P2.658X106(、[P]=—=———=2.044615x106N由轨道稳定性条件确定的桥上无缝线路允许温升：[P]-Ps2.044615x106-129220_==499C2EFa2x2.1xl07x77.45xll.8xl0-6Ps—钢轨附加压力; 4.2锁定轨温的确定4.2.1锁定轨温锁定轨温是钢轨被完全锁定时的钢轨温度，此时钢轨内部的温度力等于零,所以又称为“零应力轨温mSTRwm6图4-1三种轨温及其关系示意图一个地区能否铺设无缝线路，取决于铺设的轨道结构标准及行驶的机车车辆的状况，以此来确定轨道条件的[AtL].[AtE],[AtW],从而得到强度和稳定性要求的允许的最大轨道温度变化幅度。这个允许的最大温度差应小于当地历史最高、最低轨温差。考虑到施工的方便，应有一个铺设时的允许轨温变化幅度，这个范围一般情况下为10°C,寒冷地区困难时为6〜8°C,这是对普通无缝线路而言。对于跨区间无缝线路，相邻单元轨节的锁定轨温不超过5°C,区间内单元轨条最高、最低锁定轨温差不超过10°C。跨区间无缝线路锁定轨温的确定与普通无缝线路的设计原则一致，只是设计锁定轨温的范围对于跨区间无缝线路来说要求更严格。普通无缝线路设计锁定轨温锁定范围，一般多取相对中间轨温±5°C,也可适度放宽，特殊情况下可放宽到±8°C,但跨区间无缝线路绝不能放宽，只能取±5°C或±4°C。一般按设计锁定轨温t设±5°C设定，称之为设计锁定轨温范围。因此，对于跨区间无缝线路技术设 计，选择适当的设计锁定轨温是跨区间无缝线路技术设计的核心，应当全面考虑强度及稳定性来确定。4.2.2锁定轨温的计算8.20X105+J(8.20x105『+(却严O"o；；375iojx2.i72xi()iixo.24x87&20xl()5x3・375xl(y7兀3"0.2=1.91338xl05cm2P=2.“从心雹囂笄叫护87x1.93"0.2+3.575xl0-7xl.91338xl05+^x2.65xl0"5xl.91338xl05=2.658x106N容许温升:厶2.658W111.31.3=2.044615x106N由轨道稳定性条件确定的桥上无缝线路允许温升:驻=2.044615x10街29220*壮2EFa2x2.1xl07x77.45xll.8xW6Ps—钢轨附加压力;设计锁定轨温可根据下式进行计算：7_Aax+4in][MJ-[△£]+ay厶-——+2八式中：Ts——设计锁定轨温LC）Tmax——当地历年最高轨温（°C）,取59.1°CTmin——当地历年最低轨温（°C）,取（TC[ATu]——轨道允许温升（°C）49.9°C[ATd]——轨道允许温降（°C）73.24°CATk——修正值，一般为0〜5弋 根据上述计算参数，可得锁定轨温如下:[ATd]・[ATu]259.1-07324-49.9±5+22Ts=41.22±（0〜5）°C取TS=44°C实际锁定轨温的上限&及下限7；分别为：心=7；+5=44+5=49°C7；=7；-5=44・5=39°C同时，实际锁定轨温上、下限应满足下列条件:Tm—Tmin<[ATd]49-0=49°C<[ATd]=73.24°CTmax-Tn<[ATu]59.1-39=20.rC<[ATu]=49.9°C所以锁定轨温取为44°C符合要求 第五章桥墩检算5.1桥梁墩台检算（-）1）桥跨结构：预应力钢筋混凝土连续钢构梁桥，梁全长L=3000cm,梁缝为10cm、轨底至墩台顶的高度为324cm,梁高h=500cm,每跨梁总重为3000KN,桥面为无磴桥面,双侧钢筋混凝土步行板人行道，桥面系单位重为36.6KN/m。2）线路情况：最小曲线半径R=800m,最大坡度为30%°。3）荷载:中一22级活载。4）建筑材料：梁跨为预应力钢筋混凝土梁，顶帽采用250级钢筋混凝土，墩台身采用250级钢筋混凝土，基础为扩人桩基础。5.1.2荷载计算:（一）离心力计算列车离心力于轨顶以上2m处，离心力大小等于竖向活载乘以离心力率C,C值按下式计算：V2=0.1417V——设计行车速度，此处为120km/hR——曲线半径，此处为800m（-）墩身重量计算墩身重量二底面积X高X25对任意墩身高度为h的截面H-H截面以上的墩身总重量N）为Nh=25x（kx3.502x-!-+2.50x3.50）hNh二459.3hKN （三）附加力计算 1)纵向风力Pw=wAw一纵向风压A—迎风面积w二KK2K3W0Ki—风载体型系数，由《铁路桥涵设计规范》(TBJ2-85)查得，取0.8,念一风压高度变化系数，取1.3&—地形、地理条件系数，取1.15w°—基本风压值，由《铁路桥涵设计规范》(TBJ2-85)中《全国基本风压分布图》查得，取5001w=0.8x1.3x1.15x0.5=0.598kPa桥墩各个截面重心至底边的距离如图5-1所示6.00PwhLh丄H图5・1桥墩墩身立面图桥墩所受风力H-H截面以上墩身所受风力为Pw=O.598x6.Oxh=3.588h(KN)风力对截面H-H产生的弯矩为3.588h2/2.2)横向风力Pw=wAW—横向风压A—迎风面积w二KK2K3W0 Ki—风载体型系数，由《铁路桥涵设计规范》(TBJ2-85)查得，取0.8念—风压高度变化系数，取1.3&—地形、地理条件系数，取1.15肌一基本风压值，由《铁路桥涵设计规范》(TBJ2-85)中《全国基本风压分布图》查得，取500Kw=0.8X1.3X1.15X0.5=0.598kPa(1)求桥墩各个截面重心至底边的距离(如图5-2所示):r-3.50-^h•WrPwhLhJH图5・2桥墩墩身侧面图(2)桥梁所受风力为：一片梁所受风力为：0.598x5x30二89.7KN一片梁对桥墩H-H截面产生的弯矩为：89.7X(h+2.5)=224・25+89.7h(3)桥墩所受风力：pwl=0.598x3.5xl3=27.209KNH—H截面以上墩身所受风力为：pwh=0.598x3.5xh=2.093hKN H—H截面以上桥墩所受风力Pw为：pw=89.7+2.093h-3.5000HH——6.0000—HH墩身侧面图墩身立面图图5-3桥墩墩身示意图由《铁路桥涵设计规范》（TBJ2-85）查得，混凝土容重釆用25KN/m30（四）竖直活载计算：采用中一22级活载，如图5-4所示5X220KN图5・4中・22级活载示意图(1)一孔轻载作用5米220KN92KN・m、厂m八J,”iiii —孔轻载图5-5一孔轻载示意图静活载反力：R]=[5x220x(3・0.35)+92x24.6x(31.75-24.6/2)]/30Ri=1564.47KN静活载反力对桥墩中心的纵向偏心弯矩为：MyR=1.75xl564.47=2737.8KN制动力：Pi=(5x220+92x24.6)x0.1=336.32KN制动力对墩身H-H截面产生的弯矩为Mp厂P]xc=336.32x(5+0.5+h)KNm离心力产生的弯矩：PL=0.1417xl564.47=221.69KN离心力作用在轨顶以上2m处，作用点至墩身截面H-H距离为Cl=2+0.176+5+0.5+h(m)MPl=PlxCl=0.1417x1564.47x(7.676+h)(1)一孔重载作用5米220KN92KN•m八八—孔重载图5-6—孔重载示意图静活载反力R1=[92x24.6x(12.3-0.35)+5x220x(31.75-7.5/2)]/30 Ri=192&17KN静活载反力对桥墩中心的纵向偏心弯矩为MyR)=1.75x1928.17=3374.30KN・m制动力和制动力对墩身截面IITI弯矩分别为336.32KN和1849.76+336.32hKN-m离心力产生的弯矩：Pl=O.1417x192&17=273.22KN离心力作用在轨顶以上2m处，作用点至墩身截面IH1距离为：2=2+0.176+5+0.5+h(m)MPl=PlxCl=0.1417x1928.17x(7.676+h)(1)两孔重载作用：5*220KN9平N■：80KN5、厂HUIIIIII—x—7.522.5_x7.5+x22.5—x两孔重载图5-7两孔重载示意图220x5+(24.5・x)x92=92x(5.75+x)+80x(26-x)X=6.94mR2=[5x220x(6.94+3)+92x17.31x(31.75-17.31/2)]/30R2=1590.44KNR3=[80x19.06x19.06/2+92x12.96x(19.06+12.69/2)]/30R3=1473.04KNRi=R2+R3=3063.48KN静活载反力对桥墩中心的纵向偏心弯矩为 MyR=1.75x(R2-R3)=1.75x(1590.44-1473.04)MyR|=205.45KNm为减小桥墩所承受由偏心力产生的弯矩，将梁与墩固结于偏心曲线内侧,横向预留偏心为0.5m,由此产生的弯矩为Myi=-8169x0.5=4098KNm(负号表示与离心力的方向相反)禺心力Pl=0.1417x3063.48=428.89KN离心力对墩身截面H-H产生的弯矩为MpL=428.89x(7.676+h)KNm制动力左O.lx(5x220+92x17.31)=269.252KN右0.1x12.69x92+19.06x80)二269.228KN上面两项合计为538.48KN,此值大于单孔轻载时的最大制动力336.32KN,故双孔重载制动力采用336.32KN。当制动力与离心力同时计算吋，则制动力按上述数值的70%计算，即：P[=0.7x336.32=235.424KN制动力对墩身截面IHI产生的弯矩为Mp]=235.424x(5.5+h)KN・m表5・1墩台轴力和弯矩荷载情况轴力(kN)弯矩(kN.m)一孔轻载1564.472737.8-孔重载1928.173374.30双孔重载3063.48205.453)伸缩力、制挠力计算：按最不利的情况计算，采用满跨阻力，取桥上无车时线路阻力7.0Wmp=2x24.6x7. 0=344.4kN5.1.3墩身任意高度为h处H-H截面受力分析1)纵向受力分析(1)竖直力NN二R+N+Nz+NhR—竖直活载N—梁跨白重N2—桥面系白重叫一截面以上桥墩重(2)水平力E1=P+1P—满跨道床阻力Pw—纵向风力(3)弯矩My：包括由竖直荷载R和风力Pw及P所产生的弯矩竖直荷载R所产生的弯矩在一孔轻载、一孔重载和两孔重载作用时分别为2737.8kN-m,3374.30kN・m,205.45kNmo风力Pw所产生的弯矩为3.588h制动力所产生的弯矩为336.32X(5.5+h)(—孔轻载)，336.32X(5.5+h)(—孔重载)，235.424X(5.5+h)(两孔重载)。2)横向受力分析(1)竖直力NN=R+N]+N2+NhR—竖直活载叫一梁跨自重N2—桥面系自重叫一截面以上桥墩重(2)水平力PyPy=Pw+MpLPw—横向风力MPi.—离心力(3)弯矩毗 包括风力Pw所产生的弯矩和离心力所产生的弯矩风力Pw所产生的弯矩为89.7x2x(h+2.5)+2.093h2/2(kN-m)离心力所产生的弯矩为221.69x(7.676+h)(一孔轻载)；273.22x(7.676+h)(一孔重载)；428.89x(7.676+h)(两孔重载)。5.1.4墩身任意高度为h处H—H截面检算=1)H-H截而的截面特性 wv=w、，=—^/3=8.42m32)纵向检算(1)应力检算nNricy=—±—N4)合力的法向应力、(1)法向应力检算M、「t±—<5+12x22.5・92x7.5=104xX=6.54mN‘5=[5x220x(6.54+3)+92x15.96x(30・15.96-2)]-30N；=1427.55KN N；=[80xl5・96xl5・96一2+92x14.04x(15.96+14.04-2)]一30N；=1329.06KNN5=N；+N；=2756.61KN5.2.4检算结果桥墩检算结果见下表。由表可知各截面偏心均未超过容许值，桥墩检算通过。综上所述，各项检算均符合要求。表5-2一孔重载加载情况下桥墩检算结果L1Wl±.m二弯面截对力一壬一/IX、D倫心E臨)(许mKN/Ik力垂KN-/lxVJSMWe墩顶下5米5•7223•O5■74O4•O5•O5■-•873•O32•1A_一•O5■7653■O5■O墩顶下OO米5■O11504•O5•O118606635•O5•O5•O11305•O32•1A_一•O5■O1A9460.50.墩底55.11566■O05■11=1Ay6•O9441.5=T55.1A657■O5■O55.11287■O32■1A=7J•O55.11756■O50. 表5-3一孔轻载加载情况下桥墩检算结果桥墩检算（一孔轻载）力直垂心(e)SIX许mgslz力直垂或ZIS7m/TV矩力SIX4-mkJ2矩KNzrxKX()Z=e墩顶下5米5■7.94541T=5■75■7232105■=1y6a51X49.25-T5■732■1=17y■o9726==4T5■732■11-05703.14=15■O墩顶下CO米889.4T5■O105■12=16>■o94■154-T5■O15■7232IXO4-5N.5149.25-T5■O132■1-17ya9726=4T510.5■723211154•O32■1=17ya飞3.O145N.5墩底55.IX94■154-T55.15■72321X05■1=1y6ag41A-.5149.25-T55.132■1=7ya9726=4T55.5■7232132■1-17y0..5表5-4两孔重载加载情况下桥墩检算结果力直垂fs、D倫、儿(e)许m容—SI/KNlz力直一壬一或ZIX矩力矩g/l\J2MW-e墩顶下5米5■705■11-y6■o94•1A45-T5•724•o05■11=yl6■o5■O5■732■1*-J—<■o5•7393•o32•1A-•o5■O墩顶下8米889.=44T5•O1X50.4a05■11=Tay6■o5■O1XV5♦o05■=r—4y6■o5■O5•O1132■1*-■o5•O1A065•o32■=■o5■O墩底8849.=44T55.1*05■11=TaV.-6■o94■1145-T55.1X397•o05■=y6■o.555.12287•o32•11-7yl•o55.11496a3.2=1•o61&527-SN5■O 第六章无缝线路的养护维修6.1无缝线路养护维修无缝线路养护维修(maintenanceofjointlesstrack)有别于非无缝线路养护维修的要点。应根据季节特点、锁定轨温和线路状态，合理安排全年维修计划。6.1.1作业安排一般在气温较低的季节安排锁定轨温较低或薄弱地段的综合维修；气温较高的季节，安排锁定轨温较高地段的综合维修。高温季节应不安排综合维修和其他影响线路稳定性的作业。如必须进行综合维修或成段保养时，应有计划地先放散后作业，以后要在设计锁定轨温范围内，重新做好放散和锁定线路工作。其其保养和临吋补修，可采取调整作业时间的办法进行。高温季节可安排矫直钢轨硬弯、钢轨打磨、焊补等不动道床的作业。在较低温度下，如需更换钢轨或夹板吋，可采用钢轨拉伸器配合作业。无缝线路综合维修计划，以每段长轨条或单元轨条(跨区间及全区间无缝线路，以一次铺设锁定的轨条长度为一个单元轨条)为单位安排作业，遇有跨工区的长轨条或单元轨条吋，应由两工区协同安排。6.1.2维修要求进行无缝线路维修必须掌握轨温，观测钢轨位移，分析锁定轨温变化，按实际锁定轨温，根据作业轨温条件进行维修，严格执行“维修作业半日一清，临时补修作业一撬一清,，和作业前、作业中、作业后测量轨温的制度，并注意做好以下各项工作:①在维修地段按需要备好道確;②起道前应先拨正线路方向;③起、拨道机不得安放在铝热焊缝处；④列车通过前，起道、拨道应做好顺坡、顺撬;⑤扒开的道床应及时回填、夯实。6丄3应力放散无缝线路的锁定轨温必须准确、均匀，有下列情况之一者必须做好放散或调整：①实际锁定轨温不在设计锁定轨温范围以内，或左右股长轨条的实际锁定轨温相差超过5°C；②锁定轨温不清楚或不准确；③跨区间和全区间无缝线路的两相邻单元轨条的锁定轨温差超过5°C,同一区间内单元轨条的最高、最低锁定轨温相差超过10°C；④铺设或维修方法不当，使长轨条产生不正常的伸缩；⑤固定区或无缝道岔出现严重不均匀或不正常的位移；⑥夏季线路轨向严重不良,碎弯多；⑦通过测试，发现温度力分布严重不匀；⑧因处理线路故障或施工改变了原锁定轨温；⑨低温铺设长轨条时，拉伸不到位或拉伸不均匀。无缝线路应力放散和调整由工务段负责安排，施工前要制订施工计划及安全措施，组织人力，备齐料具，充分做好施工准备。无缝线路应力放散方法，应根据具体条件决定,一般采用滚筒配合撞轨法。总的放散量要达到计算数值，沿钢轨全长放散量耍均 匀，确定锁定轨温耍准确。应力调整一般采用列车碾压法。放散或调整应力时,应每隔50〜100m设一位移观测点，观测钢轨位移量,及时排除影响放散的障碍，达到放散均匀。应力放散和调整后，应按实际锁定轨温及时修改有关技术资料和位移观测标记。6丄4防胀与防断①预防胀轨跑道（参见无缝线路胀轨跑道）和长轨条折断是无缝线路养护维修的根本任务。防胀工作首先要保持设备状态完好，特别是道床必须饱满、密实、清洁，按规定加宽、堆高磴肩，有足够的横向阻力；各种扌II件和防爬设备完整并作用良好,保持正常的轨道框架刚度;轨向顺至，及时消除超过限度的原始弯曲。其次，各项作业必须严守规章，防止作业不当，特别是违章作业。高温季节要加强轨道的监控，尤其是轨向的监控，发现胀轨预兆，应立即采取措施，必要时应使列车慢行通过，切不可存在侥幸心理，冒险放行列车。还应做好锁定轨温的口常技术管理工作。②防止长轨条折断，首先应严格焊接工艺，提高焊接质量，对焊缝病害要及时整治。同时要提高线路质量，消灭空吊板和爬行等病害，对高温锁定的无缝线路要在设计锁定轨温范围放散应力。加强钢轨探伤，发现钢轨或焊缝重伤，及时上好脸包夹板和急救器，或在钢轨上钻孔，上夹板和高强度螺栓加固，如重伤范围较长，不能加固时，应切除重伤部分，插入短轨焊复。6.1.5无缝道岔伤损部件的更换一般无缝道岔的辙叉、尖轨及钢轨伤损或磨耗超限需要更换吋，可先更换为普通辙叉、尖轨及钢轨，采用冻结接头（参见轨道维修标准和要求之钢轨伤损标准和维修要求）进行临吋处理，并尽快恢复结构。5.2桥上无缝线路养护维修，6.2.1桥上作业注意事项桥上无缝线路养护工作应注意做好以下各点：①按照设计文件规定，保持扣件布置方式和拧紧程度。②单根抽换桥枕，在实际锁定轨温+10°C〜一20°C范围内进行，允许起道量60mm；上盖板油漆、更换钏钉或成段更换、方止桥枕等需要起道作业时，允许在实际锁定轨温+5°C〜一15°C范围内进行。③桥上钢轨焊缝应加强检查，发现伤损应及时处理。④桥上伸缩调节器（温度调节器）的仲缩量应定期检查，发现界常爬行，应及时分析原因并整治。伸缩调节器的尖轨与基本轨出现飞边，应及时打磨。⑤定期测量长轨条的爬行量，并做好记录，同定区爬行量超过10mm时，应分析原因，及时整治。6.2.2桥上无缝线路维护的主要问题桥上无缝线路其轨条特长，也就有一些需要特别注意的问题。 1）跨区间和全区间无缝线路的维修管理，以一次铺设锁定的轨条长度为管理单元。单元轨条长度大于1200m时，设置7对位移观测桩（单元轨条起、迄点，距单元轨条起、迄点100m及400m和单元轨条中点各设置1对）；单元轨条长度不大于1200m时，设置6对位移观测桩（单元轨条起、迄点，距单元轨条起、迄点100m及400m处各设置1对）。同时应积极采用钢轨测标测量无缝线路锁定轨温技术，以便与位移观测桩校核。钢轨测标每50m或100m设一处。2）跨区间和全区间无缝线路一经锁定，因其超长而不易改变其锁定状况。例如，锁定轨温不准、轴向力分布不均时，只能进行局部调整，几乎无法进行整体放散。因此，锁定轨温准确，对跨区间和全区间无缝线路来说格外重要。为此，必须做好以下工作：①跟踪监控大修换轨时，工务段耍派分管无缝线路的技术人员，对施工中锁定轨温设置的全过程实行跟踪监控。施工单位确定的锁定轨温的依据是否可靠，新轨的入槽轨温和落槽轨温的测定是否准确适时，低温拉仲时其拉仲温差和拉伸量的核定是否无误，拉仲是否均匀等，都要认真监视、检查和记录。②严格验收工程验交时，有关记录锁定轨温的资料必须齐全，同时耍一一查对核实，如有疑问必须核查清楚。③最终复核工程验交之后，工务段耍对验交区段的测标进行一次取标测量，去掉可疑点，算岀各分段的锁定轨温值。而后将跟踪监控、交验、取标测算三方面的资料进行一次最终核查，将查定的锁定轨温作为H后管理的依据。④H常监测在H常管理中，要对爬行观测桩和测标的设标点进行定期观测，并互相核对。如发现两观测桩之间有位移，则进一步对两观测桩之间的设标点进行取标测量，详查发生位移的实际段落所在。核定后进行局部应力调整，使之均匀。3）跨区间和全区间无缝线路断轨修复。为了不影响锁定轨温，超长无缝线路钢轨折断时，最好原位焊196施工技术2008增刊复。铁道科学研究院专门研制了用于原位焊接的拉仲器。这种拉仲器适用于铝热焊，经郑州局试用效果良好。如配合使用宽焊筋、定时预热、自动浇注技术、焊接质量将会提高。采用小气压焊法修复时，应考虑整修端面的清除长度和焊接时的顶锻量对锁定轨温的影响，并根据影响程度确定局部应力的调整范围，适时进行应力调整并修订锁定轨温。4）跨区间和全区间无缝线路和无缝道岔上的绝缘接头必须采用胶接绝缘接头。因此，必须注意并加强胶接绝缘接头的养护，做好轨端飞边打磨和捣固工作。当胶接绝缘接头拉开时，应立即拧紧两端各50m线路的扣件，并加强观测。当绝缘失效时，应立即更换，进行永久处理，暂时不能进行永久处理的，可将失效部分清除，更换为普通绝缘或插入等长的普通绝缘接头钢轨或胶接绝缘钢轨，用夹板联结进行临时处理，并尽快用较长的胶接绝缘钢轨进行永久处理。进行永久处理时，应严格掌握轨温、胶接绝缘钢轨长度，确保修复后无缝线路锁定轨温不变。5）无缝线路钢轨病害的整治钢轨病害是无疑线路的主耍病害之一，如果不及时进行整治，在列车荷载的反复作用下，病害就会进一步发展，给养护工作带来很大困难，从而限制了无缝线路优越性的发挥。 第七章桥梁无缝线路有限元初步分析7.1Midas分析软件的介绍Midas屮文名边达斯，是一种有关结构设计有限元分析软件，分为建筑领域、桥梁领域、岩土领域、仿真领域四个大类。其屮建筑领域包含软件：MidasBuilding.MidasGen^GenDesigner；桥梁领域包含软件：MidasCiviKMidasSmartBDS^CivilDesigner；岩土领域包含软件：MidasGTS>MidasSoilWorks、MidasGeoX；仿真领域包含软件：MidasNFX、MidasFEAo(1)作用：MIDASCivil是针对土木结构，特别是分析彖预应力箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊的桥梁结构形式，同时可以做非线性边界分析、水化热分析、材料非线性分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析。为能够迅速、准确地完成类似结构的分析和设计，以填补土木结构分析、设计软件市场的空口，而开发的“土木结构专用的结构分析与优化设计软件S(2)应用钢筋混凝土桥梁：板型桥梁、刚架桥梁、预应力桥梁联合桥梁：钢箱型桥梁、梁板桥梁预应力钢筋混凝土箱型桥梁：悬臂法、顶推法、移动支架法、满堂支架法大跨度桥梁：悬索桥、斜拉桥、拱桥大体积混凝土的水化热分析：预应力钢筋混凝土箱型桥梁、桥台、桥脚、防波堤地下结构：地铁、通信电缆管道、上下水处理设施、隧道工业建筑：水塔、压力容器、电力输送塔、发电厂国家基础建设：飞机场、大坝、港口。(3)MidasCivil是个通用的空间有限元分析软件，可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。特别是针对桥梁结构，MidasCivil结合国内的规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方而提供了很多的便利的功能，目前已为各大公路、铁路部门的设计院所采用。MidasCivil的主要特点如下：*提供菜单、表格、文本、导入CAD和部分其他程序文件等灵活多样的建模功能，并尽可能使鼠标在画而上的移动量达到最少，从而使用户的工作效率达到最高。*提供刚构桥、板型桥、箱型暗渠、顶推法桥梁、悬臂法桥梁、移动支架/满堂支架法桥梁、悬索桥、斜拉桥的建模助手。*提供中国、美国、英国、德国、欧洲、日本、韩国等国家的材料和截而数据库，以及混凝土收缩和徐变规范和移动荷载规范。*提供桁架、一般梁/变截而梁、平而应力/平面应变、只受拉/只受压、间隙、钩、索、加劲板轴对称、板（厚板/薄板、而内/面外厚度、正交各向异向）、实体 单元（六而体、楔形、四而体）等工程实际时所需的各种有限元模型。*提供静力分析（线形静力分析、热应力分析）、动力分析（自由振动分析、反应谱分析、时程分析）、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析、动力边界非线形分析、几何非线形分析（P・delta分析、大位移分析）、优化索力、屈曲分析、移动荷载分析（影响线/影响面分析）、支座沉降分析、热传导分析（热传导、热对流、热辐射）、水化热分析（温度应力、管冷）、施工阶段分析、联合截面施工阶段分析等功能。*在后处理中，可以根据设计规范自动生成荷载组合，也可以添加和修改荷载组合。*可以输出各种反力、位移、内力和应力的图形、表格和文本。提供静力和动力分析的动画文件；提供移动荷载追踪器的功能，可找出指定单元发生最大内力（位移等）时，移动荷载作用的位置；提供局部方向内力的合力功能，可将板单元或实体单元上任意位置的接点力组合成内力。*可在进行结构分析后对多种形式的梁、柱截面进行设计和验算。 7.2使用MidasCivil进行伸缩力的有限元初步分析建立一个单跨梁长30m的两跨连续刚构梁桥模型,梁高5m,桥面宽12.8m,混凝土C50,温差20°C,钢轨高0.176m,钢材Q345,7.2.1建立节点先建立一个节点,然后按照间距0.6m的距离复制100个节点，同理在2.588m的上部建立101个节点Y)视E严】橫型(M)荷载(L)分析(A)结果(E)设计(R)櫃式(Q)査御(Q)工具⑴窗口(业)帮助(H)结构类型(！)・•・结构逢模助手(W)►走义用户坐标系(*)►走义轴网(G)►匸节点(理)►1单元(E)►材料和截面特性(E)►边界条件(fi)►质里(M)►鑒命名平面Q)…飞：显隐工作目录(幻组►检查结构数拥(Q►手丨节直单元持性边界/质里盼段|葩敦丨移动沉隣I结果影响线"影响面查询I本■jLL爲飞空囤氐鸟爲®⑪丨回乡丨氐耳相◎會斤口丨宿力:】建立0D…Ctri+Alt+1V删除9)・・・Ctri+Alt+2X复制和移动(工)…Ctri+Alt+3盂转(R)…Ctri+Alt+4投翱(£)・・・Ctri+Alt+5漬像(M)…Ctri+Alt+6分割节点间距(R)…Ctri+Alt+7合并9)…调整节点S隽($)・・・Ctri+Alt+8的OQ紧凑节点号(Q…車编节点号(鱼)…节点起始号Q)…Ctri+Alt+9节点表格他)…ttrh-Alt-FN节点|单元丨边界条件质里荷载三I…I連立节点节点起始号：［203复制复制次数：阿兰I距离(3dy,dz):|0?6?0f00合并重复节点2在交叉点分割单元适用(A)I关闭(GI图7・1节点的建立 JCS/GCS|视E结构类型(工)…92"A€结构建模助手(血)►G▼L-1▼|走义用户坐标系(LD►走义轴网(G)►节点(LD►■|单元(E)►]対料和截面特性(E)►Ref.边界条件(R)►[”X质W(M)►”2FL1心命名平面(a)-.-7显隐工作目录(K)纟且►检杳结构数16(C)►Ip—A、二/:本■f■■I：爲篇立[S1氏火闹①⑥匣建立(E)…AIt4-1逮立曲线并分割成线单云(!>)••・建立偏心单元…刪B余(R)…Alt+2翼制和移动(工)…Alt+3jftte晴®…Alt+4扩展(20…alt+5遣像(M)...Alt+6分割(0…AIt+7合并(G…在交叉f立羞分劃单元(】)•••Att+8修改单元参数(P)...Alt+9•累缩单云号(b)...Alt+O重编单元号(Q)…单元起贿号($)・・•单元衷格(£)•••Ctrl+Alt+M722建立单元设置好材料和截面特性后，建立单元，上面100个单元是钢轨单元，下面100个单元是梁单元。I节点丨单元I特性I边界/质里盼段I荷载丨移动丨沉眸I材料号1严称Ir|i7C5o3载面、=号：名称I3丄操作：GBeta^r参考向里r参考点1°二|[deg]乂占;|lioi厂直交卜宀工rJ[En]交叉分割：v节点P单元…1厂建2ZX叉节点适用(虫)I关闭(D图7-3单元的建立 7.2.3建立联接先给梁加上支座，再在梁和钢轨上下对应节点用弹性连接连接起来矗一般支承⑸・・・7ratorDocuments新伸缩力-副才KY)I视E模麺|荷载(L)分析(I结构类型(工)…结构建模助手(W)►定义用户坐标系(U)►定义袖网(@)►边界条件(R)►质£(M)►S命名平面(a)...卞显隐工作目录(K)组►检查结构数据(C)►・••节点(叩►单元(E)►材料和截面特性(E)►节点弹性支承(E)…定义一般弹性支承类型(工)…一般弹性支承(£)・・.面弹性支承…弹性连接(E)…一般连接特性值…一般连接…修改一般连接特性值(C)...释敖梁端部约束(B)...设定梁端部刚域(0)...释敝板端部约束(R)...刚性连接(L)...刚域效果(Z)…节点局部坐标釉(△)•••有效宽度系数一般支承表格(S)...节点弹性支承表格(E)…一般弹性支承表格(◎…Ctrl+Alt+P移动丨沉眸1结果丨影响线/影响面丨查询——♦(I)窗口(业)帮助(旦)图7・4支座的建立图7-5建立好的支座N2N1SDx：|6.4IcN/mSDv：|6.4IcN/mSDz：|6.4kN/mSRx：|1OOOOenl]SRy：|1OOOOenl]SRz：|1OOOOenl]SDz：L剪切型弾性支承位羞到端点工的距离比：SDy：|O.5二］［度］两点：复制弾性连按 fMfifflfflffl即S哪卿1!1!曲!曲曲朋期即游图7-7建立的弹性连接7.2.4添加荷载；」荷载（L）分析（A）结果（R）设计（R）静力花I敦工況（!=）・•・由荷载组合逮立荷载工況（C）…F9欖式（Q）査词（Q）工具（工）窗口（W）帮助（H）边界/质里盼段|荷载移动沉降I结果I影口向线/影响面查询自車（W）…o"1S：&•国氏火呵迅<§>节点体力…节点荷载（2…支座强制位移（R）…梁单元荷戦（B）・・・连续梁单元荷载（JJ…标淮梁单元彻戦（工）…是义摆而荷载类型（R）…分说楼面花r载（曰…装怖村料荷载…庄力荷戟（R）…流体庄力荷载（H）…定义平面荷戦类型（R）…分旣平面荷载（E）…匚温度荷载（工）►jrc系銃温度（$）・・•予页应力荷载（P）►£节点溫度（工）…单云温度…|施工B介段荷载►溫废梯度9）…初姑荷戟►梁截面温度…图7・8温度力的加载例形采宇*八节点|单元边畀条件质里荷载I单元温度荷载HJ…|荷载工;兄名称[W5H]…」荷载组名称H]RT|迭项二严添加£替换£删除温度初始温度：[o[c]J最终温度：西[c]适用@）|关闭（C）| 725运行分析|荷载(L)分析(△)结果(R)设计(P)模式9)查询9)工具⑴窗口(也)帮助(旦)主控数据(C)…P-Deta分析控制但)・・・屈曲分析控制(B)・・・特征值分析控制(E)…反应谱分析控制(R)・・・水化热分析控制(A)・・・非线性分析控制…施工阶段分析控制…基索桥分析控制…分旣边畀转换给荷载工;兄/分析…分析选项(Q)…1聲运行分析(A)F5批处理…导入分析结果・•・亠一||I运行(F5)l图7-10两种运行的方法7.2.6查看结果反力►位移►内力►应力►桁架单元应力梁单元应力用户定文圉形►梁单元应力團水化热分析►梁应力(PSC)平面应力单元/板单元应力平面应变单元应力袖对称单元应力实体单元应力梁单元细部分析…周期与振型屈曲模态时程分析结果►盼段/步骤旳程圄形…桥梁内力图…动画► 图7J2伸缩力结果图7.3使用MidasCivil进行挠曲力的有限元初步分析挠曲力和伸缩力的区别在于加载，伸缩力的加载是温度荷载，而挠曲力这里是加载由中•活载等效转换成的均布荷载，而且挠曲力有两种加载情况7.3.1挠曲力第一种情况陳单元荷载（单元）迭项Q添加「替换C删除I均布荷载方向：|整体坐标系Z二I投影：「是e否Zl数值e相対值r绝对值xl:丁W47.7x2：300x3：00图7-13第一种情况下梁均布荷载的加载图7-14第一种加载情况下的挠曲力图 7.3.2挠曲力第二种情况树形菜单节点单元丨边界条件质里荷载複塑窗口慄单元荷载（单元）投影：「是。否数值e相对值r绝对值W47.1图7-15第二种情况下梁均布荷载的加载图7-14第儿种加载情况下的挠曲力图 7.4学习使用MidasCivil的总结随着计算机技术的不断发展，原来需要手算的东西逐渐被软件替代，虽然说对手算的理解是理解整个计算的原理，但是用软件来计算确是代表着效率，出的图也更加美观和精确，更重要的是，软件的诞牛使得一些结果的得出要求不再那么高，哪怕不会数学，照样能算出数学家才能算出的东西，这很大的提高了计算的效率，不再需要拼命的熬夜计算，只需要输入一些参数，然后等上几分钟。就这次使用MidasCivil来说，其实出的图并不是很准确，但这只是因为我的模型建的不够好，桥的两边是还有路基，还有铁路，还有轨枕，扣件，力是可以传递过去的，但由于时间关系，我只做到了这一步，并不代表不可以更好，MidasCivil这款软件在桥梁分析上确实很不错，想要学会使用它并不难，难的是学精。一个很普通的功能设置出来的简单的情况可以用来等效一些复杂的情况。总的来说，这次对MidasCivil分析软件的学习让我受益不浅，让我对软件的使用有了一个更深的了解，学无止境，如今社会知识变更很快，传统的东西可能是根木，但是如果不学习新的知识，始终局限于老的东西，最终一定会被时代所淘汰。 第八章结论与展望8.1主要结论无缝线路由于消灭了大量钢轨接头，因而具有行车平衡，机车车辆及轨道维修费用低，使用寿命长等优点，是铁路轨道现代化的主要内容Z-O但要充分发挥它的优越性，必须同时满足强度和稳定性方面的设计要求。而要满足这些设计要求，需要对线路的各种力进行计算，特别是桥上的无缝线路，本文使用的是传统的手算方法来计算的桥上纵向附加力和线路稳定性和桥墩检算，在网上图书馆内查找相关的计算资料，对简支梁桥上的无缝线路的设计研究相对较多，连续刚构梁桥上无缝线路的设计研究则较少，而本文就将那些零碎的知识给整理整齐,以后如果需要用传统手算來计算连续钢构梁桥上纵向力的话可以用的上。对于完成这次毕业设计，我花了很多的时间查找资料，消化资料，在学习的过程屮，遇到困难时有感到茫然，有感到烦躁，老师总能给我提供思路，指明方向，在克服难关的时候，感到无比充实，对后期任务充满了信心，这个过程是很锻炼人的，它提高了我的自学能力，提高了我对新知识，新事物的接受能力，让我在以后的工作屮能有一个更好的心态去做好自己的工作。5.2存在的问题及展望桥上无缝线路传统手算方法计算得出的结果都是极值点或者特殊点的值，如果是现实情况下，可能还要考虑到一些特殊的情况，可鞘会需要某个特定位置的数据，而传统手算方法只能通过特殊点的值，然后按照线性的方法来考虑那个特定位置的值，现实情况下却乂不可能是线性变化，还有就是文中手算所使用的桥梁的一些参数并不是非常的合理，只是为了计算方便，为了能够给出这个计算方法而设定的，另外，论文撰写和midas的建模仍存在一定疏漏和欠妥之处，有待进步不完善。总结如下不足之处：（1）伸缩力，挠曲力等附加力的计算结果是理想线性且特殊位置的，如果要每个点位置的精确解的话，这个程度算是不够的；（2）制动力的结果是直接按照10%加载的挠曲力的计算方法来的，因为没有找到相关连续刚构梁桥的制动力的计算方法，只好从nnsys软件那里取巧，发现ansys建模制动力和挠曲力的区别只是把加的荷载更改成10%；（3）两种桥墩检算并没有说明和对比它们在不同情况下哪个检算结果要较为正确，这桥墩检算用的是同一个桥墩，却不是同一些数据来检算的，这里还可以说明哪些数据对桥墩影响大。（4）midas建模的时候建的比较简单，没有建出路基，弹性连接的参数可 能还有问题，而且梁轨之间还有很多东西没有建立模型，这也是造成建模分析计算结果与手算结果有差别的原因之一。结合上述的不足，我将继续深入学习，对今后研究提出以下几点展望：（1）深入学习相关仲缩力，挠曲力的理论知识，学习编程语言，将仲缩力，挠曲力的计算编成程序，通过程序计算得出每一点的精确解。（2）通过研究简支梁桥上无缝线路制动力的计算方法来看能不能等效到连续梁桥上。（3）查找一些工程实例，，看在现实工程中使用哪种桥墩检算的方法。（4）继续学习midas软件，找出建立路基的可行方法以及梁轨相互作用，梁轨连接的最接近的联结方法，深入的了解各个连接的作用和含义。 致谢木文的设计和撰写工作是在导师冯青松副教授的悉心指导下完成的。在资料收集、文献阅读、毕业设计选题到设计、论文撰写的整个过程中，都凝结着冯老师的辛勤指导。在这里我想对冯老师表示真挚的感谢。在此，谨向这几年来给予我极大关怀和帮助的交大各位老师表示深深的谢意!感谢我的父母，他们一直在背后默默地支持我完成学业！最后要感谢严妍，吴星星，钟钺等同学的帮助和支持，感谢2010级软件+道路与铁道工程专业各位同学的帮助和室友们对我的支持！ 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