理论教育 高速铁路无砟轨道无缝线路的纵向力研究成果

高速铁路无砟轨道无缝线路的纵向力研究成果

时间:2023-09-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:各制动阶段条件下的轨板相对位移均在活动支座梁端处最大、固定支座梁端次之、桥梁跨中最小。随着行车速度的降低,减速度随之增大,作用在钢轨上的制动荷载也随之增大,轨板相对位移最大值随之增大,但固定支座墩顶部纵向则有小幅减小的趋势,表明列车朝活动支座方向制动和桥梁发生竖向挠曲变形分别对固定支座墩顶部产生的纵向附加力方向相反。

高速铁路无砟轨道无缝线路的纵向力研究成果

本节考虑列车由梁体固定支座向活动支座端制动运行(与上行方向相同),如图5-2所示,并将制动过程考虑为开始制动、制动运行和制动停车三个阶段。

第一阶段(200 km/h减速至186 km/h):头车匀速通过中间跨固定支座桥墩顶部(行车速度va=200 km/h),匀速运行0.40 s后,头车到达桥梁跨中(行车速度vb=200 km/h)时立刻开始快速制动,直至尾车完全离开活动支座桥墩顶(行车速度vc=186 km/h),该过程总历时5.400 s。

第二阶段(130 km/h减速至103 km/h):头车制动通过固定支座桥墩顶部(行车速度va=130 km/h),直至尾车制动通过活动支座桥墩顶部(行车速度vc=103 km/h),该过程总历时8.000 s。

第三阶段(83 km/h减速至0 km/h):头车制动通过固定支座桥墩顶部(行车速度va=83 km/h),尾车末端到达活动支座桥墩顶时列车减速至0(行车速度vc=0 km/h),停车后计算3.000 s,该过程总历时23.565 s。

列车朝活动支座快速制动条件下,不同制动阶段条件下结构竖向、纵向动力响应特征及其最大值分别如图5-10~图5-12和表5-8~表5-10所示。在本节数据图表中,结构竖向位移以重力加速度方向为正方向,结构纵向位移、纵向加速度和纵向力均以上行方向为正方向。

图5-10 列车由200 km/h减速至186 km/h阶段结构动力特性

图5-11 列车由130 km/h减速至103 km/h阶段结构动力特性(www.daowen.com)

图5-12 列车由83 km/h减速至0 km/h阶段结构动力特性

表5-8 列车快速制动条件下固定支座梁端位移的最大值 单位:mm

表5-9 列车快速制动条件下桥梁跨中位移的最大值 单位:mm

表5-10 列车快速制动条件下活动支座梁端位移的最大值 单位:mm

由图5-10~图5-12和表5-8~表5-10可知,制动过程中列车的重力和制动力作用对下部无砟轨道及桥梁结构响应的影响是十分显著的。在列车的重力作用下,桥梁梁体带动无砟轨道和钢轨产生了一个比较典型的竖向挠曲变形过程。桥梁梁端支座的竖向约束导致固定支座和活动支座梁端处钢轨、轨道板、自密实混凝土凸台、底座板及桥梁竖向位移较跨中小很多,其差值与桥梁挠曲变形的大小基本吻合。梁体在发生挠曲变形的过程中两侧梁端发生了偏转,使得两侧梁端处轨道板和底座板竖向位移均略大于桥梁梁体,而在桥梁跨中处三者竖向位移基本一致。在列车制动过程中,与列车运行方向相同的纵向轮轨力作用在轨顶,并自上至下通过轨道层间阻力和固定支座使得轨道、桥梁及墩/台发生了纵向变形;各制动阶段下桥梁跨中处钢轨、轨道板、底座板及梁体纵向位移均遵循逐层递减的规律,符合制动力自上而下的传递规律。两侧梁端发生了偏转,导致距墩顶较高处的钢轨和轨道板纵向位移的变化。

由于作用在钢轨上的纵向轮轨力在列车匀速运行和快速制动过程中方向相反,在列车开始制动的瞬间,轨道、桥梁结构纵向位移与加速度均发生突变,其中钢轨加速度的变化幅度在固定支座梁端最大、桥梁跨中次之、活动支座梁端最小。由于列车制动停车瞬间纵向轮轨力由最大值瞬间减小至零,此刻相当于有反向的突加荷载作用在钢轨上,使得轨道、桥梁结构纵向位移与加速度均发生突变,并随后快速衰减至零。列车制动停车瞬间,钢轨加速度突变幅度在活动支座梁端最大、桥梁跨中次之、固定支座梁端处最小。

各制动阶段条件下的轨板相对位移均在活动支座梁端处最大、固定支座梁端次之、桥梁跨中最小。随着行车速度的降低,减速度随之增大,作用在钢轨上的制动荷载也随之增大,轨板相对位移最大值随之增大,但固定支座墩顶部纵向则有小幅减小的趋势,表明列车朝活动支座方向制动和桥梁发生竖向挠曲变形分别对固定支座墩顶部产生的纵向附加力方向相反。列车在快速制动过程中,行车速度处于200~186 km/h、130~103 km/h和83~0 km/h制动阶段下活动支座梁端处的轨板相对位移最大绝对值分别为0.108 mm、0.114 mm和0.122 mm,固定支座墩顶纵向力最大绝对值分别为7.210 kN、4.725 kN和3.955 kN。

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