[发明专利]一种重载铁路桥梁桥墩桥台纵向力分析优化方法

说明书

本发明公开一种重载铁路桥梁的桥墩桥台纵向力分析优化方法，该方法不仅可以用于各种类型铁路桥梁的设计工作中，也可以应用到既有铁路桥梁的检算工作中。本发明所提供的方法，可以确定列车运行过程中各个桥墩所受纵向力的变化区间和极限荷载，在设计工作中采用合理的参数配置满足桥梁纵向受力的规范要求，根据各桥墩桥台的受力占比区间，确定重载列车对桥梁纵向作用力限值，对规范中铁路桥梁列车起动/制动荷载取值提供合理建议，从而对重载列车的安全运行提供保障。

技术领域

本发明涉及铁路桥梁领域，具体地，涉及一种重载铁路桥梁的桥墩桥台纵向力分析优化方法。

背景技术

铁路重载运输在集中、大宗、长距离的货物运输方面具有明显的经济优势，其效益已由国内外铁路运输行业的业绩所证实。继大秦、朔黄等重载线路上成功运行25t重载列车后，我国已经成功规划并开通运行一系列设计轴重30t及以上的重载运输通道，如张唐、山西中南和蒙华铁路煤运通道等，标志着我国的重载铁路建设进入了迅速发展的阶段。

长编组、大轴重是重载列车的典型特征。随着大功率交流传动机车的应用，机车牵引力显著提升，大大提高了运输效率，但由于轴重及起动/制动黏着系数的增大，不可避免会增大对线路以下及下部桥梁的纵向作用力。随着重载运输的发展，重载铁路年运量不断提高，列车轴重越来越高，这就要求重载铁路桥梁的承载能力和刚度也越来越大，才能保证列车安全平稳通过桥梁，通过对重载铁路桥梁纵向力分布规律的研究，准确评价既有重载铁路桥梁服役状态和提高轴重的适应性，针对提高轴重提出最优的加固改造方案，是我国重载运输发展的迫切需求。

目前，根据我国现行规范中规定列车作用于桥梁的纵向作用力按竖向荷载10％进行选取，且不区分列车的制动力和机车的牵引力。以往研究成果表明，由于运营活载与设计活载间的差异、列车同步性相对较差、牵引质量相对较低等因素的综合作用，按上述选取可以满足轴重23t及以下的线路及桥梁设计。但随着列车轴重的提高，牵引质量的增大，原有的设计方法已经严重低估了目前重载运输条件下的列车纵向作用，不再具备较大的安全储备量。作用于桥梁的纵向设计荷载限值偏低会引发桥梁支座和下部结构病害，缩短桥梁及下部基础的服役寿命，严重时甚至将危及行车安全。

因此，开展车—线—桥纵向相互作用研究，探讨大轴重条件下重载铁路桥梁桥墩的纵向力分布特征，提出适用于现行30t轴重及以上运行条件的纵向荷载及限值十分必要。

发明内容

有鉴于此，本发明采用下述技术方案：

本发明提供一种重载铁路桥梁的桥墩桥台纵向力分析优化方法，包括：

S1：根据现场实测的不同工况参数，对应建立多个重载铁路轨道-桥梁-桥墩及桥台空间有限元模型；

S2：依次对该些模型施加列车荷载，提取列车过桥过程中的桥梁参数，分析对应每个模型的桥上重载铁路受力变形规律；

S3：根据每个所述受力变形规律绘制对应的墩台受力包络图，结合该对应的墩台受力包络图，确定该工况参数下列车运行过程中各位置的荷载，并根据各桥墩和桥台的荷载和跨长，绘制桥墩和墩台的受力占比图；

S4：根据所述受力占比图判断桥梁参数是否合理，其中，当判断结果为不合理时，调整与该工况对应建立的有限元模型参数；

S5：根据每个工况参数下的判断结果为合理的有限元模型，建立不同工况参数下桥墩和墩台的受力占比数据库；

S6：根据所述受力占比数据库分析桥墩和桥台所承受纵向力所占竖向荷载的占比范围，并依此设定桥墩和桥台受力的合理规范限值。

优选地，所述工况参数包括：桥梁轨道结构几何尺寸和物理参数；

其中，桥梁轨道结构几何尺寸包括：钢轨尺寸、轨枕尺寸、桥梁截面尺寸、桥长和每跨的长度尺寸、梁缝尺寸；