[发明专利]一种高速铁路大跨度悬索桥与轨道相互作用建模方法

说明书

一种高速铁路大跨度悬索桥与轨道相互作用建模方法，包括如下步骤：S1：建立充分考虑主缆、吊杆、钢桁梁、正交异形板、钢轨以及相邻桥跨结构的大跨度悬索桥与四线轨道相互作用，且充分考虑混凝土、钢筋的悬索桥上无缝线路系统的三维仿真模型；S2：计算温度荷载、竖向荷载、列车制动和风荷载作用下悬索桥上无缝线路系统纵向力分布情况，并分别求出步骤S1中各构件间相互作用机理；S3：计算出钢轨的伸缩调节器设置方式、温度荷载模式、粘滞阻尼器对悬索桥上无缝线路系统受力的影响。本发明建立大跨度悬索桥桥梁‑轨道相互作用模型，并模拟计算大跨度悬索桥在静载、列车荷载及列车制动作用下的梁轨内力及变形情况，利于高速铁路大跨度悬索桥的建设研究。

技术领域

本发明涉及一种桥梁与铁路之间相互作用的建模方法，具体涉及一种高速铁路大跨度悬索桥与轨道相互作用建模方法。

背景技术

悬索桥是跨越能力最强的一种桥梁形式，但由于其结构体系相对较柔，在高速列车的作用下会产生较大的变形和振动。因此铁路悬索桥目前应用相对较少。但在某些特殊情况下，超强的跨越能力使悬索桥也成为大跨度铁路桥梁的可选方案之一,如日本下津井懒户大桥为四车道双线铁路的(230+940+230)m公铁两用悬索桥；香港青马大桥为城轨-公路两用(333+1377+300)m悬索桥；我国计划修建的琼州海峡大桥和丽香铁路金沙江特大桥也将采用悬索桥结构。尽管国内外的学者对梁轨相互作用问题已进行了广泛而深入的研究，但其研究对象多为简支梁桥、连续梁桥、刚构桥和斜拉桥，关于大跨度悬索桥与轨道相互作用的相关研究尚未见诸报端。

目前，荷载作用下铁路悬索桥无缝线路系统动力响应研究仍极为匮乏，许多研究中未充分考虑铁路悬索桥各部分构件相互影响，而且悬索桥各部分结构温度变化、轨道温度、风荷载等因素对系统的影响规律仍不明确。因此，对于本领域技术人员来说，如何提供一种高速铁路大跨度悬索桥与轨道相互作用建模方法对于研究高速铁路大跨度悬索桥的建设来说具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种高速铁路大跨度悬索桥与轨道相互作用建模方法，它结合工程实际和结构特点，建立了大跨度悬索桥桥梁-轨道相互作用模型，并模拟计算大跨度悬索桥在静载、列车荷载及列车制动作用下的梁轨内力及变形情况，利于高速铁路大跨度悬索桥的建设研究。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种高速铁路大跨度悬索桥与轨道相互作用建模方法，包括如下步骤：

S1：建立充分考虑主缆、吊杆、悬索桥主梁、正交异形板、钢轨以及相邻桥跨结构的大跨度悬索桥与四线轨道相互作用，且充分考虑混凝土、钢筋的悬索桥上无缝线路系统的三维仿真模型；其中，钢轨采用梁单元模拟，悬索桥主梁为钢桁梁，悬索桥主梁由不同截面的杆单元组成，悬索桥的主缆和吊杆采用仅受拉的杆单元模拟，轨道线路纵向阻力采用非线性弹簧单元模拟，轨道扣件竖向刚度由线性弹簧模拟，悬索桥主梁与桥塔横梁相交处只设竖向、横向约束，顺桥向无约束，悬索桥主梁与桥塔间的活动支座仅约束竖向、横桥向位移；

S2：计算温度荷载、竖向荷载、列车制动和风荷载作用下悬索桥上无缝线路系统纵向力分布情况，并分别求出步骤S1中各构件间相互作用机理；

S3：计算出钢轨的伸缩调节器设置方式、温度荷载模式、粘滞阻尼器对悬索桥上无缝线路系统受力的影响。

本发明进一步的技术方案为：步骤S1中的扣件竖向刚度、线路纵向阻力的非线性约束参数按照现行规范或实测结果取值。

进一步，步骤S1中悬索桥主梁两侧连续梁桥梁单元采用上翼缘钢臂和下翼缘钢臂模拟梁高。

进一步，步骤S1中在悬索桥两侧的路基上设有用于减少边界效应的170m的钢轨。

进一步，步骤S1中悬索桥的桥塔顶端与主缆铰接，采用仅受拉的杆单元模拟主缆和吊杆，主缆空间位置按照成桥线形考虑，主缆两端铰接在地基上，吊杆在悬索桥主缆和悬索桥主梁上桥面处铰接。