高速鐵路長(zhǎng)大橋梁雙塊式無(wú)砟軌道動(dòng)力影響因素分析

/高速鐵路長(zhǎng)大橋梁雙塊式無(wú)砟軌道動(dòng)力影響因素分析—1-高速鐵路長(zhǎng)大橋梁雙塊式無(wú)砟軌道動(dòng)力影響因素分析#高亮1，曲村1，２,趙磊1,蔡小培１＊基金項(xiàng)目：高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金博導(dǎo)類資助課題（22０）作者簡(jiǎn)介：高亮（１9６８-），男,教授，主要研究方向：鐵路軌道結(jié)構(gòu)與軌道動(dòng)力學(xué)（1．北京交通大學(xué)土木工程建筑學(xué)院,北京１00０44；52．北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司,北京10０0３7）摘要：大跨度連續(xù)梁上鋪設(shè)的雙塊式無(wú)砟軌道無(wú)縫線路,在高速車輛的動(dòng)力作用下,力學(xué)機(jī)理更加復(fù)雜，原有的計(jì)算方法、計(jì)算模型及設(shè)計(jì)參數(shù)將不再適用。本文基于車輛-無(wú)縫線路-雙塊式無(wú)砟軌道-長(zhǎng)大橋梁的相互作用機(jī)理，建立了縱橫垂向空間耦合動(dòng)力學(xué)模型，詳細(xì)研１0究高速車輛速度、扣件剛度以及橋梁跨度等參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)影響。由計(jì)算結(jié)果可知,車速越快,車輛、軌道結(jié)構(gòu)以及橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)越大;隨著扣件垂向剛度的增加，各項(xiàng)動(dòng)位移有所減小，而其他動(dòng)力計(jì)算結(jié)果則均有所增大;長(zhǎng)大連續(xù)梁上軌道、橋梁的動(dòng)力響應(yīng)也較大，可見(jiàn)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注長(zhǎng)大連續(xù)梁橋上雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。關(guān)鍵詞：高速鐵路；長(zhǎng)大橋梁；無(wú)砟軌道;動(dòng)力學(xué)；影響因素15中圖分類號(hào)：Ｕ23８;U21３。24４；U211．３Ａｎalｙｓｉsｏntｈedyｎamｉcinfluencingfaｃtorｓｏfdouｂle－blockｂaｌlastlessｔrａcｋｏnlong－ｓpanbriｄgｅinhiｇh-sｐｅe(cuò)ｄrａｉlwａyGAOLiang1，QUCun1，2，ZHAＯＬeｉ１，CＡＩXiaopｅi1２０(1．SchoolofCivilEｎｇiｎｅe(cuò)rｉngBeijingJiａotonｇUnivｅrｓｉty,Beiｊiｎg1000４4;2.ＢeｉjｉnｇＵrbanCｏｎstrucｔioｎDesign&DeｖｅｌopｍentGｒoupCo,Limited,Bｅijinｇ1000３7)Ａbstract：Wｈｅｎthedoｕbｌｅ-bｌockbａlｌastleｓstｒackstｒｕctuｒｅisｐａvedｏｎlong－spaｎbrｉdge，ａｎddynaｍiceｆfeｃtoｆhigｈ－speeｄvehicleｉsｃｏnsｉdeｒed,themechanicalmechaｎismｗoｕldbｅmｏreｃｏmｐlex,andtｈeｔraｄｉtionａlcalculateｄｍｅthｏd,cａｌculａt(yī)edmｏdelanddesigｎparａmeｔｅrsarenoｔ２５suitable.Basedoｎtｈeiｎｔｅractｉonmecｈanｉsmbetweenhigh-speedｖehicle，ｃontinuoｕsweｌdedraｉｌwａy(CWR)，dｏｕble—blｏcｋbａllastlesstrackaｎdlｏｎg-ｓｐanbrｉdｇe,ｔｈeloｎgiｔudinal—tranｓｖeｒｓe-vｅrtｉcalspatiaｌcｏupleｄdynamｉｃmodeliｓestａblｉshed。Thｅdyｎａmｉcｉｎfluenｃｉnglawoftheｓpeｅdoｆｈigh-ｓpｅｅｄveｈiｃｌe，therigidｉtyｏffasｔenerａndtheｓpａｎlengtｈｏｆlong-spａnbriｄgecｏulｄbｅｒeｓeａrchedindetaiｌ.Thereｓulｔsｓhoｗthaｔｔｈemorespeedoｆhigh-sｐeｅｄvehicｌｅｔhemore30ｄynａmicｒesponｓeofvehｉcle,trackaｎdbridge;ａｌongｗithｔhｅｉｎcrｅaseoffasteｎervｅrtｉcａlrｉgiｄｉtｙ,tｈevarｉousdｙｎaｍiｃdｉsplacemｅntreduｃｅsａndotｈerdyｎamiｃｒesｐｏnseinｃｒeａｓes；ｔhevarｉｏusdｙｎaｍicresponseoｆtracｋanｄbridgeofｒelatｉｖｅlylｏｎｇconｔinｕouｓbrｉdgeａrｅlarger，tｈｅrｅfore，thedynamｉｃresponsｅofdouｂle—bｌocｋｂalｌａｓｔlesｓtrackｓtructureonｒelaｔivelyｌoｎgcｏｎtｉnuouｓbridｇeshouldbeconｃerｎｅdeｓpeciaｌly．35Keywords：hｉgh－sｐeedｒａｉlwａｙ；lｏng-spanbrｉdge；bａｌlastleｓstrack；dynａmics;inflｕenciｎgfactｏrs0引言目前，我國(guó)已在鄭西高鐵、武廣高鐵等高鐵橋梁上采用了雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)。橋上雙塊式無(wú)砟軌道無(wú)縫線路各組成部分之間的作用機(jī)理與傳統(tǒng)的橋上有砟軌道顯著不同.特別是大跨度連續(xù)梁上鋪設(shè)的雙塊式無(wú)砟軌道無(wú)縫線路,在高速車輛的動(dòng)力作用下，力學(xué)機(jī)理更加4０復(fù)雜，原有的計(jì)算方法、計(jì)算模型及設(shè)計(jì)參數(shù)將不再適用。為了更加詳細(xì)地對(duì)其進(jìn)行研究分析，需要考慮應(yīng)用于高速鐵路時(shí)車輛、雙塊式無(wú)砟軌道以及大跨度橋梁等各組成部分之間的空間耦合作用，同時(shí)，也需要深入研究各項(xiàng)參數(shù)的動(dòng)力影響規(guī)律。國(guó)內(nèi)部分學(xué)者對(duì)于無(wú)砟軌道的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了一些理論研究，但大多針對(duì)板式無(wú)砟軌—2－道結(jié)構(gòu)［1~8］,專門針對(duì)雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的研究較少。部分關(guān)于雙塊式無(wú)砟軌道的4５研究中,沒(méi)有對(duì)軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)化模擬和研究,并且相關(guān)研究大多集中于路基上的雙塊式無(wú)砟軌道［９~10］。對(duì)于高速鐵路而言,尤其缺乏應(yīng)用于大跨度橋梁上的雙塊式無(wú)砟軌道的動(dòng)力響應(yīng)特性的研究。結(jié)合現(xiàn)有研究成果［11～１２］，針對(duì)現(xiàn)有研究不足,基于高速車輛－無(wú)縫線路-雙塊式無(wú)砟軌道—長(zhǎng)大橋梁的相互作用機(jī)理，建立了縱、橫、垂三向耦合動(dòng)力學(xué)模型.基于上述模型，詳細(xì)50研究高速列車速度、扣件剛度以及橋梁跨度等參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響.1空間耦合動(dòng)力學(xué)模型的建立應(yīng)用ABＡQUS有限元軟件平臺(tái)，進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā),考慮高速車輛、雙塊式無(wú)砟軌道以及長(zhǎng)大橋梁等結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)相互作用關(guān)系、參振效應(yīng),建立了高速車輛—雙塊式無(wú)砟軌道—長(zhǎng)大橋梁縱橫垂向空間耦合動(dòng)力學(xué)模型.551．1高速列車參考實(shí)際運(yùn)行列車建立高速車輛模型，包含車體、構(gòu)架、輪對(duì)、懸掛(一系、二系)等部件.車輛模型的參振質(zhì)量為車體、構(gòu)架和輪對(duì)質(zhì)心點(diǎn)質(zhì)量參數(shù)，懸掛均采用彈簧阻尼單元進(jìn)行模擬,車輪采用真實(shí)踏面進(jìn)行建模，考慮為剛體，非線性的Hertz接觸模擬車輪與鋼軌之間的接觸.６0本文采用ＣRH3型動(dòng)車組參數(shù)建立高速車輛模型進(jìn)行計(jì)算.由于車鉤及其他車輛連接部件參數(shù)的稀缺，本文參考大量既有文獻(xiàn)中的建模方法，僅建立單節(jié)列車模型，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析.本模型目前僅能計(jì)算單節(jié)車輛，不能計(jì)算列車.１．２鋼軌和扣件鋼軌采用實(shí)體單元Ｃ3D8Ｒ(六面體八節(jié)點(diǎn)縮減積分單元,下同)進(jìn)行模擬,依照實(shí)際６5ＣHＮ60鋼軌截面建立模型。鋼軌依據(jù)一定的間距(扣件間距6５0ｍｍ的１/4，即162.50mm）進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，目的是借助濾波的方法屏蔽有限元模型網(wǎng)格干擾帶來(lái)的激擾影響,確保輪軌間橫向力和垂向力數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性.將現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試得到的高速鐵路垂橫向復(fù)合不平順譜設(shè)置于鋼軌模型上,提高模型計(jì)算得到的動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果的準(zhǔn)確性.對(duì)鋼軌模型進(jìn)行軌底坡設(shè)置，使模型中車輪和鋼軌的接觸關(guān)系與實(shí)際運(yùn)行情況更接近，進(jìn)一步提高模型計(jì)算的準(zhǔn)確性。70鋼軌和軌枕之間添加彈簧阻尼單元對(duì)扣件進(jìn)行模擬，可以考慮扣件的縱向、橫向、垂向剛度及阻尼，扣件的剛度和阻尼均可根據(jù)實(shí)測(cè)值進(jìn)行選取。進(jìn)行動(dòng)力分析時(shí),選取1。５倍靜剛度作為扣件動(dòng)剛度進(jìn)行計(jì)算。1。3道床板選取實(shí)體單元C３Ｄ8R建立道床板及頂面的雙塊式軌枕的有限元模型,便于將結(jié)構(gòu)的實(shí)７５際尺寸與材料屬性考慮到模型之中。圖１是雙塊式無(wú)砟軌道的有限元模型，圖２是道床板下設(shè)置限位用的凸形擋臺(tái)的有限元模型?！?-圖１雙塊式無(wú)砟軌道有限元模型Fig.1Fｉniteelemeｎtmodeloｆｄouｂlｅ－blockｂaｌlａｓtｌeｓstｒack８0圖2道床板及底面擋臺(tái)有限元模型Fｉg。2Finiteeｌeｍenｔmodｅｌｏfconvexretainingblockｏntheｂoｔtｏｍｓurｆaceoftracｋbedslａb1．4底座板采用實(shí)體單元C3Ｄ８R建立底座板模型,可以考慮結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸和材料性能。使用罰85函數(shù)接觸模擬道床板與底座板之間的聚丙烯土工布中間隔離層，使用線彈簧模擬限位凹槽與凸形擋臺(tái)之間的橡膠墊板.圖3為所建立的底座板模型。圖3底座板和限位凹槽有限元模型Fｉg。3Finiteelemeｎtmodelofbedpｌaｔeanｄｒestｒｉctedgroove９01.5橋梁選取實(shí)體單元Ｃ3D8R建立橋梁有限元模型.本文選取高速鐵路普遍應(yīng)用的32m簡(jiǎn)支箱梁以及布置形式為（８0+12８＋8０）m的連續(xù)箱梁為例進(jìn)行計(jì)算。圖４所示為簡(jiǎn)支箱梁的有限元模型。引入線性彈簧單元，模擬橋梁墩臺(tái)頂縱、橫兩個(gè)方向的剛度。\９5圖4簡(jiǎn)支箱梁有限元模型Fiｇ。4Entiｔyuｎiｔmoｄelof32msiｍplｙｓupporｔedｂoxbridge—4—1。6車輛-軌道—橋梁空間耦合動(dòng)力學(xué)整體模型由上文所建立的車輛、雙塊式無(wú)砟軌道和橋梁等部分組成的高速鐵路長(zhǎng)大橋梁雙塊式無(wú)砟軌道空間耦合動(dòng)力學(xué)整體模型，見(jiàn)下圖５。100本文所建立的動(dòng)力仿真模型應(yīng)用商業(yè)軟件顯式動(dòng)力學(xué)模塊，采用動(dòng)力學(xué)方程的差分格式，不用直接求解切線剛度，不需要進(jìn)行平衡迭代，計(jì)算速度快，高速車輛、無(wú)砟軌道和橋梁結(jié)構(gòu)同時(shí)耦合求解,時(shí)間步長(zhǎng)選取得足夠小,一般不存在收斂性問(wèn)題.采用本文所建立的高速鐵路運(yùn)營(yíng)條件下長(zhǎng)大橋梁雙塊式無(wú)砟軌道無(wú)縫線路空間耦合動(dòng)力學(xué)分析模型，得到的各項(xiàng)動(dòng)力響應(yīng)理論計(jì)算結(jié)果，與武廣高鐵實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較為接近,由此驗(yàn)105證了文章所建立模型的有效性及正確性。圖5長(zhǎng)大橋梁雙塊式無(wú)砟軌道空間耦合動(dòng)力學(xué)模型Fig。5Sｐatiaｌcoupleddｙｎamｉcｓmodｅloｆdｏuble-blockbaｌｌastlessｔrａｃkonlong—spanｂｒidge2動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果110采用本文所建立的列車—雙塊式無(wú)砟軌道—長(zhǎng)大橋梁空間耦合動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算,可以得到各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)安全性指標(biāo)計(jì)算結(jié)果。圖6是脫軌系數(shù)時(shí)程曲線圖，圖7是輪重減載率的時(shí)程曲線圖。圖６脫軌系數(shù)1１５Fiｇ.6Deｒailｍentcoeffｉｃient圖7輪重減載率Fig。7Wheeｌunlｏadinｇｒate-５－模型運(yùn)算得到鋼軌的各項(xiàng)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果如下.其中，連續(xù)梁橋左支座處的鋼軌垂向120加速度和中跨跨中的鋼軌垂向位移的時(shí)程曲線分別如圖８和圖9所示。圖8連續(xù)梁左支座處鋼軌垂向振動(dòng)加速度Ｆig。8Rａilvｅrticａlｖibraｔionaｃceｌerationaｔthｅleｆtbeａrｉｎgofcｏntiｎuousboｘbridge１2５圖9連續(xù)梁中跨跨中鋼軌垂向位移Fiｇ.9Raｉlｖｅｒticaｌｄisplacemｅntaｔthemiddleｏfmiddlｅspanofｃontinuousbｏxbridge模型運(yùn)算得到無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果如下。其中,圖１0和圖1１分別是連續(xù)梁橋不同位置處道床板及底座板垂向振動(dòng)加速度的時(shí)程圖。13０圖10道床板垂向振動(dòng)加速度Fig．1０Tｒａｃkbedslａbｖeｒtiｃalｖibrationacｃeｌeration圖１１底座板垂向振動(dòng)加速度Fiｇ.11Bｅｄｐlａt(yī)evｅrticalａcceleｒation135模型運(yùn)算得到橋梁結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果如下。其中,圖１２是連續(xù)梁橋不同位置處的撓度的時(shí)程圖.-6-圖1２橋梁撓度Fig.12Beaｍdefleｃｔionｏfｔｈebrｉdge1403動(dòng)力參數(shù)影響規(guī)律分析3。1車輛速度影響規(guī)律分析以車輛通過(guò)橋上無(wú)砟軌道時(shí)的運(yùn)行速度為變量,計(jì)算不同車速下車輛、軌道結(jié)構(gòu)、橋梁的動(dòng)力響應(yīng)差異。計(jì)算中，車輛運(yùn)行速度分別取２５0km/ｈ、300km/ｈ、35０km／h和３８０km/h.具體計(jì)算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表1至表4。14５表１車輛動(dòng)力學(xué)指標(biāo)Ｔａb。1Vehicｌｅｄynａmｉcindex車輛速度/ｋｍ/h車體橫向加速度/g車體垂向加速度／g輪軸橫向力/ｋN輪軌橫向力/kN輪軌垂向力／ｋＮ輪重減載率脫軌系數(shù)2500．0２2０。039７。00812.２631２4。６040。9><＞４61０.1483０00.0２30.0４27。03７12．722126。59０0.５180．15０3500．02４0.０4５7．06113。34412９．2420.5６70．15２3800．0240．0477.078１3．775131.７23０.6020.153由表1可知,隨著高速車輛的行駛速度由250ｋm／h、300km/h、350kｍ/h到38０ｋm/h逐15０漸增大，表1中的各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)安全性指標(biāo)都有不同程度的增大,高速車輛的行駛速度對(duì)動(dòng)力學(xué)安全性指標(biāo)有比較明顯的影響.表2鋼軌動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果Tａb。2Raildyｎamiｃresponseresｕｌts１55車輛速度/ｋｍ/ｈ鋼軌橫向位移／ｍm鋼軌垂向位移/mm鋼軌垂向加速度/g軌向變化量／mm軌距變化量/mm２500．311３。2９5162.59５０.２〈＞460.38７３000．3443．410199。1770。2600。40６35０0．3663。５２７２７3．8050.27７0.4213８00。37７３。603297.8250．2860.448由表2可知，隨著高速車輛的行駛速度由2５0ｋｍ/h、3００ｋm/h、3５0ｋｍ/h到３80ｋm/h逐漸增大，鋼軌結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果,包括鋼軌垂向加速度、鋼軌垂橫向位移以及軌距和軌向變化量也都有較為明顯的增大，高速車輛的行駛速度對(duì)鋼軌的動(dòng)力響應(yīng)有比較明顯的影響。16０—7—表3雙塊式無(wú)砟軌道動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果Ｔab。3Ｄouｂle-blockｂalｌastlessｔraｃkdynamicrｅsｐoｎｓeresｕｌｔs車輛速度/kｍ／h底座板道床板垂向加速度／ｇ垂向位移／ｍm垂向應(yīng)力/MPa垂向加速度/g垂向位移/mｍ垂向應(yīng)力／MPa２５01.0２32.５8８0.22２1。8702。５880．1913０01。294２．６9００.2332.２632。6910.2013501。8842。78５0．2593。３0６2.7860。2233８０2.1０72．8250．261３。４７６2．８2６0．230由表3可知,隨著高速車輛的行駛速度由250km/h、300km/ｈ、３50ｋm/h到380km／ｈ逐1６5漸增大，無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果，包括道床板和底座板的垂向加速度、垂向位移和垂向應(yīng)力都有較為明顯的增大,高速行駛的車輛速度對(duì)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)會(huì)產(chǎn)生較為明顯的影響。表4橋梁動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果Tab。4Bridgedynamicrｅｓponｓereｓultｓ17０車輛速度/km／h橫向加速度/g垂向加速度/g梁端轉(zhuǎn)角/‰raｄ橋梁撓度/mm250０.0070。００50．02９２．58８３0００.0080.00７0。0３02。6９03５00。00９0。0080.03２２．78５３80０.０0９0.0080.0３２２。82５由表4可知,隨著高速車輛的行駛速度由2５0kｍ/h、300km/h、350km/h到380km/h逐漸增大，橋梁的動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果,包括橋梁垂橫向加速度、橋梁撓度和梁端轉(zhuǎn)角都略有增大，高速車輛的行駛速度對(duì)橋梁的動(dòng)力響應(yīng)有一定的影響.由表1至表4的計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知，隨著高速車輛的行駛速度逐漸增大，車輛動(dòng)力學(xué)安175全性指標(biāo)、軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)以及橋梁結(jié)構(gòu)的部分動(dòng)力響應(yīng)均有較為明顯的增大。相比車輛和軌道結(jié)構(gòu)，橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)受車輛行駛速度的影響較小.3.2扣件剛度影響規(guī)律分析本節(jié)以扣件垂向剛度為變量，計(jì)算不同剛度下車輛、軌道結(jié)構(gòu)、橋梁的動(dòng)力響應(yīng)差異。計(jì)算中,扣件垂向剛度分別取20kＮ/mm、35kＮ/mm及50kN/ｍm（上述為扣件靜剛度,扣件18０動(dòng)剛度以１。5倍靜剛度值設(shè)置于模型中）。具體計(jì)算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表５至表8。表５車輛動(dòng)力學(xué)指標(biāo)Tablｅ５Ｖehiｃledynamiciｎdex扣件剛度/kN/ｍm車體橫向加速度/g車體垂向加速度／ｇ輪軸橫向力／ｋN輪軌橫向力／kN輪軌垂向力/kＮ輪重減載率脫軌系數(shù)200．0220．04４6.8301２.５82119.5150.5650。150350．0240．0４５７．0６11３．344129.2420.５670.152500。025０。0<〉46７.4２414。034137。0940.５７00。１54由表5可知,隨著扣件垂向剛度由２0kN／mm、３5kＮ/mｍ到5０ｋN／mｍ逐漸增大，各項(xiàng)185動(dòng)力學(xué)安全性指標(biāo)計(jì)算結(jié)果都有不同程度的增大，扣件垂向剛度對(duì)各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)安全性指標(biāo)有比較明顯的影響.—8—表6鋼軌動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果Taｂle6Railｄynamｉcｒｅsｐoｎsｅｒｅｓuｌtｓ扣件剛度/kN/mm鋼軌橫向位移/mm鋼軌垂向位移/mm鋼軌垂向加速度/g軌向變化量／mm軌距變化量／mm２00。３7４３.９00２３9.14１0.2800。510350．３６63。52７273。80５0．27７０。4２1500.３６0３.3９３２95．３860.２740.3７1190由表６可知,隨著扣件垂向剛度由２0kN／mｍ、３５kN/mm到50ｋＮ/mm逐漸增大，鋼軌垂向加速度逐漸增大，而鋼軌的其他動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果，包括鋼軌垂橫向位移、軌距和軌向變化量都有不同程度的減小,扣件垂向剛度對(duì)鋼軌的動(dòng)力響應(yīng)有比較明顯的影響。表7雙塊式無(wú)砟軌道動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果Table7Double—ｂlockbａlｌastleｓstracｋdynamiｃresponseresｕlts１９5扣件剛度／kＮ/mm底座板道床板垂向加速度/g垂向位移/mm垂向應(yīng)力/ＭPa垂向加速度／g垂向位移／mm垂向應(yīng)力/MＰa201。８５７2．7850．247３。２４42。7860.2103５1.8842．7850。２593.３０６2．7860.223501.9１82.7８５0.2643.378２.7８6０.230由表７可知,隨著扣件垂向剛度由20ｋＮ/mm、3５ｋN/mｍ到5０kN/mｍ逐漸增大，雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的多項(xiàng)動(dòng)力響應(yīng)運(yùn)算結(jié)果，包括道床板和底座板的垂向振動(dòng)加速度和垂向應(yīng)力都有一定程度的增大,而道床板和底座板的垂向位移則基本保持不變,扣件垂向剛度對(duì)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)有一定的影響.20０表8橋梁動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果Tａble8Briｄgedyｎamicｒespoｎｓereｓults扣件剛度/ｋN／mｍ橫向加速度／ｇ垂向加速度／g梁端轉(zhuǎn)角／‰rad橋梁撓度/mm2０0。０0９０。0080．032２。７8５350．０09０。0080.0322．7855０0。0090．０08０.0322.785由表8可知，隨著扣件垂向剛度由20kN/mm、３5kN/ｍm到50kN/mm逐漸增大，橋梁的動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果，包括橋梁垂橫向加速度、橋梁撓度和梁端轉(zhuǎn)角都基本保持不變,扣件2０5垂向剛度對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)影響很小，幾乎可以忽略不計(jì)。由表５至表８的計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知，隨著扣件垂向剛度逐漸增大，鋼軌垂橫向位移、軌距和軌向變化量都有所減小,道床板和底座板的垂向位移以及橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果基本保持不變，而其他各類車輛動(dòng)力學(xué)指標(biāo)、軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果均有不同程度的增大.根據(jù)動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)提高扣件垂向剛度能夠減少軌道結(jié)構(gòu)的變形，但是其他指標(biāo)的動(dòng)２１０力響應(yīng)結(jié)果會(huì)增大。相比車輛和軌道結(jié)構(gòu)，橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)受扣件垂向剛度影響較小，一般條件下可以忽略不計(jì)。3．３橋跨長(zhǎng)度影響規(guī)律分析本節(jié)以連續(xù)梁橋梁跨度為變量，計(jì)算不同跨度下車輛、軌道結(jié)構(gòu)、橋梁的動(dòng)力響應(yīng)差異。計(jì)算中,橋梁跨度分別?。?8+80+48）m、（60+1０0＋60)m以及（８０+1２８+80)m。具體計(jì)21５—9－算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表9至表12.表9車輛動(dòng)力學(xué)指標(biāo)Taｂ．9Vｅhicｌedynaｍicindex橋跨長(zhǎng)度／m車體橫向加速度/ｇ車體垂向加速度/g輪軸橫向力/kN輪軌橫向力/kN輪軌垂向力／kＮ輪重減載率脫軌系數(shù)４8+80+48０.024０.0４1７。8１714.４４8１3５.9０9０。5130．14460＋１00+６0０。0240。043７.４４913.９４413２。６94０。５390。14880+1２8+80０.02４0。0４５７.06113．3441２9．2４20．５６７0.１52由表9可知，隨著連續(xù)梁的橋跨長(zhǎng)度由(4８＋80+４８）ｍ、（６0＋1００+6０）m到（８0+1２8＋8０）22０m逐漸增大,部分動(dòng)力學(xué)安全性指標(biāo)計(jì)算結(jié)果，包括輪軌垂橫向力、輪軸橫向力都有所減小,車體橫向加速度基本保持不變,而其他動(dòng)力學(xué)安全性指標(biāo)計(jì)算結(jié)果，包括脫軌系數(shù)、輪重減載率和車體垂向加速度都有不同程度的增大,連續(xù)梁橋跨長(zhǎng)度對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)安全性指標(biāo)有一定的影響.表10鋼軌動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果22５Ｔab。１0Rａildynaｍicrespoｎsｅrｅｓultｓ橋跨長(zhǎng)度/m鋼軌橫向位移／mm鋼軌垂向位移/mm鋼軌垂向加速度/g軌距變化量/mm軌向變化量/mm４８+80+480.3101。7４02４８。３690.368０.2５８６0+100＋６00。3４02。３１2264.2540。3930。２６780＋128+８0０．36６3．527273。８0５0。4２１0.２7７由表10可知,隨著連續(xù)梁的橋跨長(zhǎng)度由(4８＋8０+48）m、（60＋100+60)m到(８0+１28+80）m逐漸增大，鋼軌的各項(xiàng)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果,包括鋼軌垂向加速度、鋼軌垂橫向位移以及軌距和軌向變化量均有所增大,連續(xù)梁橋跨長(zhǎng)度對(duì)鋼軌的動(dòng)力響應(yīng)有比較明顯的影響。2３0表１1雙塊式無(wú)砟軌道動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果Ｔａb.１1Dｏuｂle—bｌocｋballaｓｔlｅｓstrackdynａmｉcｒeｓｐｏnserｅｓｕlts橋跨長(zhǎng)度/m底座板道床板垂向加速度/g垂向位移/mm垂向應(yīng)力/ＭPａ垂向加速度／g垂向位移/mｍ垂向應(yīng)力／MPａ48+８０+481．<〉466０.9410。２2６３。0３10。9410。20８６0＋10０+６0１．6７71.５570。2433.1７8１。5５80。２1６80＋12８＋８0１．８8４2。7850。259３。30６２。7８６０。2２3由表1１可知，隨著連續(xù)梁的橋跨長(zhǎng)度由(48＋8０+48）m、（60＋10０+6０）m到（８0+12８+80)ｍ逐漸增大,無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果,包括道床板和底座板的垂向加速度、垂向位移和垂向應(yīng)力都有所增大,連續(xù)梁橋跨長(zhǎng)度對(duì)雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)會(huì)產(chǎn)生２３5較為明顯的影響。表１2橋梁動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果Tab．12Ｂrｉdgedynaｍicresｐoｎseｒesults橋跨長(zhǎng)度／ｍ橫向振動(dòng)加速度/g垂向振動(dòng)加速度/ｇ梁端轉(zhuǎn)角/‰rad橋梁撓度/mm48+80+4８0。0090。0070．０140．9４１60＋100+600．０090。0070.0201。55780+1２8+800。0090。00８0.0322。７85—１0-由表12可知，隨著連續(xù)梁的橋跨長(zhǎng)度由（4８+８０+48）m、(60+100+60)m到(8０+１2８+80）24０m逐漸增大,橋梁的動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果，包括橋梁撓度和梁端轉(zhuǎn)角均有較為明顯的增大,橋梁垂向加速度略有增大，而橋梁橫向加速度則基本保持不變，連續(xù)梁橋跨長(zhǎng)度對(duì)橋梁的動(dòng)力響應(yīng)存在一定的影響。由表９至表12的計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知，隨著連續(xù)梁跨度的增加,車輛—軌道結(jié)構(gòu)-橋梁系統(tǒng)中大部分動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果均有較為明顯的增加,僅有少部分車輛動(dòng)力學(xué)指標(biāo)和橋梁動(dòng)力245響應(yīng)有所減小或保持不變.總體來(lái)看，軌道結(jié)構(gòu)和橋梁的動(dòng)力響應(yīng)大小與橋梁跨度正相關(guān)。可見(jiàn)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注長(zhǎng)大連續(xù)梁橋上雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng).4結(jié)論和建議本文建立了車輛-雙塊式無(wú)砟軌道—長(zhǎng)大橋梁空間耦合動(dòng)力學(xué)模型，分析了行車速度、扣件剛度、橋跨長(zhǎng)度等因素對(duì)橋上雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力影響，主要結(jié)論如下：25０（1）隨著車輛的行駛速度逐漸增大，車輛各動(dòng)力學(xué)指標(biāo)、軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性、橋梁結(jié)構(gòu)的部分動(dòng)力響應(yīng)增大較為明顯。相比車輛、軌道結(jié)構(gòu)，橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)受到車輛行駛速度的影響相對(duì)較小。(2）隨著扣件垂向剛度增大,鋼軌垂橫向位移及軌距、軌向變化量都有所減小，道床板和底座板垂向位移、橋梁動(dòng)力響應(yīng)基本保持不變,而其他各類車輛動(dòng)力學(xué)指標(biāo)及軌道動(dòng)力255響應(yīng)均有不同程度的增大。相比車輛和軌道，橋梁動(dòng)力響應(yīng)受扣件垂向剛度的影響很小.（3）隨著連續(xù)梁跨度的增大，車軌橋系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)總體呈增大趨勢(shì)，僅有少部分車輛和橋梁的動(dòng)力學(xué)指標(biāo)有所減少或保持不變。高速鐵路設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)中,應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注長(zhǎng)聯(lián)大跨連續(xù)梁橋雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題。260［參考文獻(xiàn)](Refｅrenｃes）[1］卿啟湘，王永和,李繼超。高速鐵路板式軌道參數(shù)與動(dòng)力特性的研究［J]。湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，２008,22（1)：2１—27．QingQX,WangYＨ,ＬｉJＣ。Reseaｒchｏnparameteｒsaｎddynamicpropertiｅｓｏfhｉgh－speeｄrailwaysｌabｔrａckｓ［J].JournalofHunａｎUniｖerｓityoｆＴｅcｈnoｌogy,2008，2２（1)：21—27．（iｎCｈｉｎｅse）265[２］雷曉燕，仲志武．高速鐵路無(wú)砟軌道振動(dòng)分析［J］。鐵道工程學(xué)報(bào),2009（1）：3６—4０。ＬeｉＸY，ZｈonｇZW.Ａｎａlysisofthebａllaｓｔlesｓtrａcｋｖiｂraｔiｏｎofhigh-speｅdrａiｌway［Ｊ］。ＪouｒnalofRaｉｌwayEｎgineｅrinｇSocietｙ，2009（1)：３6-４０．（inChinｅｓｅ）[3］馬學(xué)寧,梁波,高峰．高速鐵路板式無(wú)砟軌道-路基結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性研究［J]．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