一种特殊桥跨无缝线路纵向力的计算方法技术

本发明专利技术提供了一种特殊桥跨无缝线路纵向力的计算方法，包括：建立桥梁空间模型；根据桥梁空间模型，计算得到在不同工况条件下的轨道梁面上的多个点的纵向位移和梁截面的伸缩位移；对所述多个点的纵向位移和梁截面的伸缩位移分别进行数据拟合，得到多项式数据格式；建立无缝线路附加力计算模型；将所述多项式数据格式代入到无缝线路附加力计算模型中，得到轨道梁上的钢轨上的多个点的纵向力和纵向位移；根据轨道梁面上的任意一个或多个点的纵向位移，计算得到钢轨上的任意一个或多个点的位移，并计算得到轨道梁面与钢轨上的任意一个或多个点之间的相对位移。应用本发明专利技术可以更为准确地计算特殊桥跨无缝线路的纵向力。

Calculation method for longitudinal force of a special bridge span CWR

The invention provides a method for calculating the longitudinal force of a special bridge-span CWR, including: establishing a bridge space model; calculating the longitudinal displacement of multiple points on the track beam surface and the expansion displacement of the beam section under different working conditions according to the bridge space model; calculating the longitudinal displacement of the multiple points and the beam section. The expansion and contraction displacement are fitted separately to get polynomial data format; the calculation model of additional force of CWR is established; the polynomial data format is substituted into the calculation model of additional force of CWR, and the longitudinal force and displacement of rail points on rail beam are obtained; according to any one of the rail beams, the longitudinal force and displacement of rail points on rail beam are obtained. Longitudinal displacement of any one or more points on the rail can be calculated, and the relative displacement between the rail beam surface and any one or more points on the rail can be calculated. The invention can calculate the longitudinal force of the special bridge jointless track more accurately.

【技术实现步骤摘要】
一种特殊桥跨无缝线路纵向力的计算方法
本申请涉及高铁
，尤其涉及一种特殊桥跨无缝线路纵向力的计算方法。
技术介绍
在设计桥梁和轨道的结构时，在不同荷载作用下，应该考虑桥梁与轨道无缝线路之间的相互作用(即梁轨相互作用)，因此需要进行温度、列车荷载下的无缝线路纵向力计算。其中，所述无缝线路纵向力包括：无缝线路所承受的伸缩力T1、挠曲力T2、断轨力T3和制动力T4。在现有技术中，梁轨相互作用的附加力计算一般采用大型有限单元法，通过建立三维空间耦合的实体模型进行分析计算。但是，实际环境中的桥梁和轨道是非常复杂的工程结构，要进行精确的计算分析非常困难。另外，轨道和桥梁属于两个不同的领域，通过轨道模型来模拟桥梁的实体模型比较困难，因此也必然影响到了对轨道无缝线路的纵向力的计算。所以，在现有技术中，在满足工程应用的前提下，通常都是通过一些的简化处理，将轨道、桥梁及墩台简化成梁、板单元，并基于该简化的梁、板单元来建立无缝线路的钢轨纵向力的计算模型。该计算模型基本可以反映梁轨间的相互作用纵向力，但仅能够满足简单工程的需求。因此可知，现有技术中的上述简化方法能很好的解决一般的混凝土梁、且等截面梁，在温度荷载、列车活载条件下的伸缩力T1、挠曲力T2、断轨力T3和制动力T4的纵向力计算的问题。但是，上述的这种方法并不适合变截面混凝土梁、钢桁梁、斜拉桥、拱桥及U梁结构等特殊结构，难以模拟这种变形复杂的桥梁结构。例如，图1为预应力混凝土连续梁的示意图，如图1所示，对于规格为(60+100+60m)的预应力混凝土连续梁，其中支点处的梁高为7.2m，跨中为10m的直线段、边跨为15.75m的直线段，梁高为4.6m，梁底下缘按二次抛物线变化，因此等效截面难以模拟实际的桥梁变形。再例如，图2为城市轨道交通用U型梁的示意图，如图2所示，城市轨道交通中目前常用的U型梁，在荷载作用下，轨道位移变形点也不能采用一般简化模型。再例如，图3为高速铁路连续钢桁梁的示意图，如图3所示，目前的高速铁路、城市轨道交通、普速铁路中所使用的钢桁梁结构，其与一般混凝土桥梁完全不同，按常规的无缝线路纵向力相关参数(例如，弹性模量E、截面惯性矩I等)将无法简单计算其在荷载作用下的挠曲力T2的值；而且，由于桁架梁杆间变形关系十分复杂，如果仅使用简单模型进行计算将非常困难。同样，对于类似斜拉桥、拱桥等特殊桥梁，也存在上述的类似问题，因此影响轨道无缝线路纵向力计算的准确性。综上可知，由于现有技术中的纵向力的计算方法具有如上所述的缺点，因此如何提出一种更好的纵向力的计算方法，从而更为准确地计算特殊桥跨无缝线路的纵向力，是本领域中亟需解决的一个技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种特殊桥跨无缝线路纵向力的计算方法，从而可以更为准确地计算特殊桥跨无缝线路的纵向力。本专利技术的技术方案具体是这样实现的：一种特殊桥跨无缝线路纵向力的计算方法，该方法包括：建立桥梁空间模型；根据桥梁空间模型，计算得到在不同工况条件下的轨道梁面上的多个点的纵向位移和梁截面的伸缩位移；对所述多个点的纵向位移和梁截面的伸缩位移分别进行数据拟合，得到多项式数据格式；建立无缝线路附加力计算模型；将所述多项式数据格式代入到无缝线路附加力计算模型中，得到轨道梁上的钢轨上的多个点的纵向力和纵向位移；根据轨道梁面上的任意一个或多个点的纵向位移，计算得到钢轨上的任意一个或多个点的位移，并计算得到轨道梁面与钢轨上的任意一个或多个点之间的相对位移。较佳的，通过如下的公式来计算得到不同工况条件下的轨道梁面上的任意一个点的纵向位移：其中，△x为轨道梁面上的点x的纵向位移，q为通过该轨道梁的列车的均布荷载，h1为轨道梁的中和轴至上翼缘的距离，h2为轨道梁的中和轴至下翼缘的距离，E1为轨道梁的弹性模量，J为轨道梁的换算惯性矩，L为桥跨长度，Lx为轨道梁面上的点x至轨道梁的固定支座一端的距离。较佳的，通过如下公式来计算在温度荷载下的轨道梁面上的任意一个点的梁截面的伸缩位移：Δxt＝α·ΔT·L；其中，Δxt为在温度荷载下的轨道梁面上的点x的梁截面的伸缩位移，α为梁的线膨胀系数，ΔT为环境的变化温度，L为实际的桥跨长度。较佳的，通过如下公式来计算在列车活载条件下的轨道梁面上的任意一个点的梁截面的伸缩位移：Δxq＝F/Kq；其中，F为制动力，Kq为梁体的水平线刚度，Δxq为在列车活载条件下的轨道梁面上的点x的梁截面的伸缩位移。较佳的，根据无缝线路钢轨内部的拉伸和压缩变形协调平衡方程、梁轨相对位移Z为零的方程、在列车活载条件下的轨道梁面上的点x的梁截面的伸缩位移Δxq以及钢轨节点、梁节点有限元单元节点力和节点位移的矩阵关系，计算得到无缝线路所承受的挠曲力T2。较佳的，在梁轨相互作用条件下，根据无缝线路钢轨内部的拉伸和压缩变形协调平衡方程、梁轨相对位移Z为零的方程、在温度荷载下的轨道梁面上的点x的梁截面的伸缩位移Δxt以及钢轨节点、梁节点有限元单元节点力和节点位移的矩阵关系，计算确定伸缩力T1。较佳的，根据扣件阻力r和桥跨长度L，计算得到无缝线路所承受的断轨力T3。较佳的，根据无缝线路钢轨内部的拉伸和压缩变形协调平衡方程、梁轨相对位移Z为零的方程、在列车活载条件下的轨道梁面上的点x的梁截面的伸缩位移Δxq以及钢轨节点、梁节点有限元单元节点力和节点位移的矩阵关系，计算得到无缝线路所承受的制动力T4。较佳的，通过如下的公式来计算得到轨道梁上的钢轨上的任意一个或多个点的纵向位移：yi＝ωi/E·S；其中，yi为轨道梁上的钢轨上的点i在纵向力作用下发生的纵向位移，ωi为点i处的钢轨截面以左或以右的伸缩力面积，E为钢轨的弹性模量，S为钢轨的截面积。如上可见，在本专利技术中的特殊桥跨无缝线路纵向力的计算方法中，由于可以根据先建立的桥梁空间有限元模型，计算得到在不同工况条件下的轨道梁面上的多个点的纵向位移和梁截面的伸缩位移(可以统称为梁体变形位移)，然后对所述多个点的纵向位移和梁截面的伸缩位移分别进行数据拟合，得到多项式数据格式，再将该多项式数据格式代入到无缝线路附加力计算模型中，得到轨道梁上的钢轨上的多个点的纵向力和纵向位移，还可根据轨道梁面上的任意一个或多个点的纵向位移，计算得到钢轨上的任意一个或多个点的位移，并计算得到轨道梁面与钢轨上的任意一个或多个点之间的相对位移，从而可以更为准确地计算特殊桥跨无缝线路的纵向力。附图说明图1为预应力混凝土连续梁的示意图。图2为城市轨道交通用U型梁的示意图。图3为高速铁路连续钢桁梁的示意图。图4为本专利技术实施例中的特殊桥跨无缝线路纵向力的计算方法的流程图。图5为本专利技术实施例一中的简支钢桁架桥梁结构轮廓示意图。图6为本专利技术实施例一中的主桁的各个节点的纵向位移数据的拟合示意图。图7为本专利技术实施例一中的无缝线路附加力计算模型的示意图。图8为本专利技术实施例一中钢桁架桥梁的附加纵向力T1的计算结果示意图。图9为本专利技术实施例一中钢桁架桥梁的温度荷载下的钢轨位移的计算结果示意图。图10为本专利技术实施例一中钢桁架桥梁的附加纵向力T2的计算结果示意图。图11为本专利技术实施例一中钢桁架桥梁的活载下的钢轨位移的计算结果示意图。图12为本专利技术实施例一中钢桁架桥梁的附加纵向力T4的计算结果示意图。图13为本专利技术实施例一中钢桁架桥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种特殊桥跨无缝线路纵向力的计算方法，其特征在于，该方法包括：建立桥梁空间模型；根据桥梁空间模型，计算得到在不同工况条件下的轨道梁面上的多个点的纵向位移和梁截面的伸缩位移；对所述多个点的纵向位移和梁截面的伸缩位移分别进行数据拟合，得到多项式数据格式；建立无缝线路附加力计算模型；将所述多项式数据格式代入到无缝线路附加力计算模型中，得到轨道梁上的钢轨上的多个点的纵向力和纵向位移；根据轨道梁面上的任意一个或多个点的纵向位移，计算得到钢轨上的任意一个或多个点的位移，并计算得到轨道梁面与钢轨上的任意一个或多个点之间的相对位移。

【技术特征摘要】
1.一种特殊桥跨无缝线路纵向力的计算方法，其特征在于，该方法包括：建立桥梁空间模型；根据桥梁空间模型，计算得到在不同工况条件下的轨道梁面上的多个点的纵向位移和梁截面的伸缩位移；对所述多个点的纵向位移和梁截面的伸缩位移分别进行数据拟合，得到多项式数据格式；建立无缝线路附加力计算模型；将所述多项式数据格式代入到无缝线路附加力计算模型中，得到轨道梁上的钢轨上的多个点的纵向力和纵向位移；根据轨道梁面上的任意一个或多个点的纵向位移，计算得到钢轨上的任意一个或多个点的位移，并计算得到轨道梁面与钢轨上的任意一个或多个点之间的相对位移。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下的公式来计算得到不同工况条件下的轨道梁面上的任意一个点的纵向位移：其中，△x为轨道梁面上的点x的纵向位移，q为通过该轨道梁的列车的均布荷载，h1为轨道梁的中和轴至上翼缘的距离，h2为轨道梁的中和轴至下翼缘的距离，E1为轨道梁的弹性模量，J为轨道梁的换算惯性矩，L为桥跨长度，Lx为轨道梁面上的点x至轨道梁的固定支座一端的距离。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过如下公式来计算在温度荷载下的轨道梁面上的任意一个点的梁截面的伸缩位移：Δxt＝α·ΔT·L；其中，Δxt为在温度荷载下的轨道梁面上的点x的梁截面的伸缩位移，α为梁的线膨胀系数，ΔT为环境的变化温度，L为实际的桥跨长度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过如下公式来计算在列车活载条件下的轨道梁面上的任意一个点的梁截面的伸缩位移：Δxq＝F/Kq...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁静波，张庆，许有全，刘亚航，乔神路，裴爱华，张立国，曹亮，刘玮，
申请(专利权)人：中铁工程设计咨询集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11