[发明专利]极端温度条件下桥隧过渡段无缝线路稳定性分析方法

说明书

本发明公开一种极端温度条件下桥隧过渡段无缝线路稳定性的分析方法，包括以下步骤：(1)建立桥隧过渡段无缝线路完整模型，其中，钢轨、轨枕、桥梁采用梁单元模拟，扣件纵横向阻力、道砟纵横向阻力采用非线性弹簧模拟，墩顶抗推刚度采用线性弹簧模拟，路基填充层、隧道部分采用实体单元模拟；(2)通过整体模型屈曲模态分析对轨道结构施加初始弯曲；(3)针对极端温度特征对模型施加纵向非线性温度荷载，以此研究桥隧过渡段无缝线路横向变形规律。本发明充分考虑了各类结构之间的非线性相互作用，并以屈曲模态为依据对模型施加初始缺陷，其分析结果更符合实际情况，可为极端温度条件下无缝线路的稳定性分析提供重要方法。

技术领域

本发明涉及无缝线路稳定性分析技术，尤其是极端温度条件下桥隧过渡段无缝线路稳定性分析方法。

背景技术

目前我国青藏和黑龙江等极端温度条件地区往往采用有砟轨道无缝线路。线路通过复杂地形地质区域时，桥梁与隧道之间常通过超短路基相连，无缝线路-桥梁-路基-隧道构成了统一的整体。在寒潮、持续高温、以及昼夜温差较大的情况下，钢轨承受着极大的轴力。一方面，桥梁在温度的作用下发生伸缩变形，引起桥梁与轨道之间的非线性相互作用。另一方面，隧道口内外一定范围内，钢轨温度纵向存在着明显的非线性分布，导致钢轨与路基或隧道之间也存在着非线性相互作用。加之环境温度的时变特性，系统各结构之间的非线性行为更加复杂。

在温度的反复作用下，隧道口钢轨将发生横向变形甚至屈曲破坏，直接威胁列车运行安全。近年来，我国青藏线和川藏线部分隧道口钢轨已出现了碎弯现象，引起了工务部门的广泛关注，研究桥隧过渡段温度作用下轨道结构的变形规律有其必要性。

目前，在进行无缝线路稳定性分析时，往往采用规范建议的统一稳定性计算公式，但无法考虑桥梁结构变形的影响；在进行桥上无缝线路稳定性分析时，往往采用假设钢轨初始弯曲服从三角函数分布，通过修改钢轨初始坐标模拟钢轨初始缺陷。事实上，由于各构件之间存在着相互影响和相互制约，在进行桥隧过渡段无缝线路稳定性分析时，必须建立综合考虑桥梁-路基和隧道以及有砟轨道细部结构的系统仿真模型。在施加钢轨初始缺陷时，必须从系统的角度来看，寻找钢轨的薄弱位置，参照屈曲模态施加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有分析方法的不足，提供一种考虑周全、计算合理、能够贴近实际情况的桥隧过渡段无缝线路稳定性分析方法。

为解决上述技术问题，本发明提出一种极端温度条件下桥隧过渡段无缝线路稳定性分析方法，包括以下步骤：

(1)建立桥隧过渡段无缝线路完整模型，其中，钢轨、轨枕、桥梁采用梁单元模拟，扣件纵横向阻力、道砟纵横向阻力采用非线性弹簧模拟，墩顶抗推刚度采用线性弹簧模拟，路基填充层、隧道部分采用实体单元模拟；

(2)通过整体模型屈曲模态分析对轨道结构施加初始弯曲；

(3)针对极端气象温度特征对模型施加纵向非线性温度荷载，以此研究桥隧过渡段无缝线路横向变形规律。

优选地，步骤(1)中的扣件纵横向阻力、道砟纵横向阻力的非线性约束参数按照现行规范或实测结果取值。

优选地，步骤(1)中，桥梁梁单元的梁体中性轴至桥面和至支座的距离采用刚臂单元模拟，刚臂刚度取为主梁刚度的40倍。

优选地，步骤(1)中隧道实体单元依照实际结构进行模拟或仅模拟出隧道衬砌即可，模拟长度取为20m。

优选地，步骤(2)中施加初始弯曲时，对系统第一阶模态各节点变形进行调幅，最大幅值取为0.45m的1/1000。

优选地，步骤(3)中的纵向非线性温度荷载采用二次曲线模拟，隧道口内外各取10m模拟。

优选地，步骤(1)中扣件纵向阻力按下式取值：