[发明专利]一种桥上无砟轨道纵向力计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算方法，尤其涉及一种桥上无砟轨道纵向力计算方法。

背景技术

无砟轨道具有养护维修工作量小、刚度均匀性好、几何形位保持能力强、耐久性好等特点，我国客运专线轨道结构均以无砟轨道为主。又因为我国高速铁路要与既有线兼容，运量大，天窗时间短，因此大力推广少维修的无砟轨道具有重要的意义。受地形条件限制，将会有大量的大跨度桥上需要铺设无砟轨道。桥上采用无砟轨道结构的最大优势是二期恒载小，板式无砟轨道相对于轨枕埋入式无砟轨道结构来说，单位重量要轻，桥上铺设板式无砟轨道结构是合理的。

纵连板式无砟轨道结构源于德国，作为一种新型的无砟轨道形式，有其独特的特点，在建的我国京津城际快速铁路上，采用了博格公司专门针对中国的新方案即纵连板式无砟轨道，根据遂渝线无砟轨道综合试验段板式轨道设计情况及国内外板式轨道基本结构型式，综合对比各类结构的优缺点，我国设计开发了TBJZL纵连式轨道板，并在新北碚嘉陵江大桥上铺设了此种纵连板结构。与常规的桥上无砟轨道相比，纵连板式无砟轨道桥上无缝线路各结构层的相互作用关系更加复杂，借助底座板的纵连解决梁端转角对轨道结构的不利影响，通过设置滑动层来削减梁轨相互作用，在桥上可以取消钢轨伸缩调节器，这种设计思想对大跨度桥上铺设无砟轨道具有积极的借鉴和指导意义。

目前大跨桥上纵连板式轨道在国内外也尚无成熟的工程实际应用经验，其设计计算方法在不断的发展和改进中，尚未形成系统，建立一种既能反映实际线桥板相互作用关系，又便于计算分析的分析方法，是大跨桥上纵连板式轨道纵向力分析的基础和关键问题，在此基础上对桥上纵向力进行计算研究，揭示各种因素对桥上附加力的影响，将对我国突破大跨度桥上铺设无砟轨道的瓶颈，对客运专线无砟轨道铁路桥梁设计提供重要的理论指导。

发明内容

为解决现有计算方法中的不足之处，本发明提供一种计算大跨桥上纵向力的新方法。该方法与以往的计算方法不同，可计算制挠力、温度力和断板力工况下桥上纵向附加力，并能分析滑动层摩擦系数、轨道板和底座板伸缩刚度变化以及固结机构设置对桥上附加纵向力的影响。

本发明的技术方案为：

一种桥上无砟轨道纵向力计算方法，其特征在于：桥的梁单元在平面内变形产生的3项分量，即：水平位移u，铅垂位移v及截面转角θ。i节点的节点位移用列阵表示为：{δ_i}＝[u_i v_i θ_i]^T

节点力同样有3项分量，水平力X，铅垂力Y及力偶M。i节点的载荷列阵表示为：

{Q_i}＝[X_i Y_i M_i]^T

对于任一单元将有6个节点位移和6个节点分量均以矩阵形式表示为

{δ′}^e＝[Δ_i f_i θ_i Δ_j f_j θ_j]^T

{p′}^e＝[T_i q_i m_i T_j q_j m_j]^T

其中{δ′}^e称为单元节点位移，{p′}^e称为单元节点力。

在弹性小变形范围内，单元节点力与单元节点位移关系如下：{p′}^e＝[k′]^e[δ′]^e，式中[k′]^e为单元刚度矩阵。

在本模型中单元刚度矩阵为：