本节采用大小为10.5 kN/(m·线)的单线均布荷载作为列车制动荷载,并考虑如图3-21所示的多种列车制动荷载工况,其中:工况1和工况2制动荷载长度均为400 m,工况1制动荷载起点为多跨简支梁左侧路基50 m处,工况2制动荷载布置在多跨简支梁桥梁段正中间;工况3和工况4为多跨简支梁不同方向的单线全桥加载,并将工况4的有载侧记为工况4-1,无载侧记为工况4-2;工况6和工况7制动荷载长度均为400 m,工况6制动荷载起点为一联三跨连续梁桥左侧路基50 m处,工况7制动荷载布置在一联三跨连续梁桥梁段正中间;工况8和工况9为一联三跨连续梁桥不同方向的单线全桥加载,并将工况9有载侧记为工况9-1,无载侧记为工况9-2。
不同列车制动荷载条件下各轨道及桥梁结构纵向力分布分别如图3-22~图3-24所示,结构纵向位移分布分别如图3-25~图3-27所示,各结构纵向力与位移的最大值如表3-12~表3-14所示。
图3-21 列车制动荷载工况
图3-22 列车制动荷载作用下钢轨纵向力
图3-23 列车制动荷载作用下轨道板纵向应力
图3-24 列车制动荷载作用下固定支座墩/台顶纵向力
图3-25 列车制动荷载作用下钢轨纵向位移
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图3-26 列车制动荷载作用下钢轨轨道板纵向相对位移
图3-27 列车制动荷载作用下桥梁纵向位移
表3-12 列车制动荷载作用下轨道结构纵向(应)力的最大值
表3-13 列车制动荷载作用下轨道结构纵向位移的最大值 单位:mm
表3-14 列车制动荷载作用下桥梁结构纵向力与位移的最大值
由图3-22~图3-27和表3-12~表3-14可知:在全桥列车制动荷载作用下,钢轨制动力沿着制动方向由拉力逐渐变为压力,纵向位移均呈现先增后减的趋势并在桥梁中间到达最大值,且拉/压力峰值分别出现在梁端及制动荷载的前/后端点;轨道板、自密实混凝土层、凸台、弹性垫层、底座板纵向应力均较小,当列车朝着桥梁活动(固定)端制动时,各轨道及梁体纵向位移大多表现为拉伸/压缩变形,并沿线路方向呈现阶梯状,在桥梁中间达到最大值,并与桥梁纵向位移变化趋势基本一致,弹性垫层的压缩/拉伸变形量均在合理范围内;轨板相对位移与自密实混凝土层底座板相对位移变化趋势基本一致,其值在跨中处均较小,最大值均出现在最后一跨活动支座桥台顶部;多跨简支梁桥固定支座桥台顶部纵向力较大,桥墩顶部较小,大跨连续梁桥固定支座桥台和桥墩顶部纵向力均较大;对于各桥梁及轨道结构纵向力与位移而言,单线全桥制动时,有载侧较无载侧稍大,因此,在设计、检算、对比、分析时应以有载侧的计算数据为准。
对于多跨简支梁桥而言,在不同列车制动荷载作用下,桥上轨道结构纵向力、纵向位移及层间相对位移均存在较大差别,且均在全桥列车制动加载(工况4)时达到最大。相较于路基+桥梁400 m制动加载(工况1)和桥梁中间400 m制动加载(工况2),全桥列车制动荷载(工况4)作用下的钢轨最大纵向压力/拉力分别增大了95.4%/5.2%和63.1%/13.6%,钢轨最大纵向位移分别增大了13.3%和3.7%,轨道板、自密实混凝土层、凸台、弹性垫层及底座板纵向应力也有不同程度的增大,轨板最大相对位移分别增大了7.4%和31.8%,梁缝最大增量分别增大了4.5%和16.5%。对于大跨连续梁桥而言,在不同列车制动荷载作用下,桥上轨道结构纵向力、纵向位移及层间相对位移均存在较大差别,且均在全桥列车制动加载(工况9)时达到最大。相较于路基+桥梁400 m制动加载(工况6)和桥梁中间400 m制动加载(工况7),全桥列车制动荷载(工况9)作用下的钢轨最大纵向压力/拉力分别增大了78.6%/23.0%和49.0%/13.9%,轨道板、自密实混凝土层、凸台、弹性垫层及底座板纵向应力也有不同程度的增大,钢轨最大纵向位移分别增大了59.8%和12.0%,轨板最大相对位移分别增大了19.5%和41.9%,梁缝最大增量分别增大了21.9%和31.6%。
综上所述,在计算列车制动荷载下多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道受力和变形时,列车制动荷载作用长度应不小于400 m,必要时可采用全桥列车制动加载作为最不利工况。
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