【都市快轨交通】桥上无缝交叉渡线纵横向耦合模型.pdf

都市快轨交通?第20卷第3期2007年6月学术探讨 URBANRAPIDRAILTRANSIT?桥上无缝交叉渡线纵横向耦合模型陶?凯?高?亮?陈?鹏(北京交通大学?北京?100044) 摘?要?在城市轨道交通建设中,由于地形条件和环保要求的限制,出现道岔(渡线)全部或部分设置在桥上的情况,既有的无缝道岔计算方法难以解决桥上无缝道岔(渡线)桥梁与相互作用的问题。为此,采用有限元方法,以60kg/m钢轨、12号固定辙叉、,建立桥上无缝交叉渡线纵横向耦合的计算模型,为建模计算提供一种新的思路和方法;结合工程实例,对桥上无缝交叉渡线的力学特性进行计算分析,并对今后桥上无缝交叉渡线的设计提出建议。关键词?交叉渡线?无缝道岔?纵横向耦合模型?无碴轨道随着城市轨道交通的建设和发展,由于地形条件和环保要求的限制,出现了道岔(渡线)全部或部分设置在桥上的情况。桥上无缝交叉渡线的结构形式和工作特点较为复杂,其温度力与位移的计算在国内外都尚未见到相关资料。一般地,对于路基上的无缝道岔在考虑线性问题时,可以采用叠加原理进行无缝化计算。但是,对于桥上无缝交叉渡线问题,由于桥梁的作用,无缝道岔的力学特性呈现出很强的非线性特征,仅考虑为线性问题的计算误差较大,因此叠加原理不再适用。现有的一般设计方法及设计理论,如当量阻力法[1]、两轨相互作用法[2]、自编有限元程序法[3]等,在不同程度上存在着较大的局限性,且计算结果的可靠性及正确性难以保证。因此,本研究采用大型有限元商业软件ANSYS [4],在对桥上无缝交叉渡线结构特点进行系统分析的基础上,建立了桥上无缝交叉渡线的纵横向耦合模型;通过工程实际,对桥上无缝交叉渡线的力学特性进行了计算分析,并对今后桥上无缝交叉渡线的设计提出了建议。作者简介:陶凯,男,硕士研究生,从事道岔无缝化研究, clarktao@ 高亮,男,教授,博士生导师 1?基本假定依据桥上无缝交叉渡线的实际受力状况,参照既有的桥上无缝线路和道岔设计理论中的相关基本假定[5?8],本模型建立时进行了如下假定: (1)忽略无碴轨道板和桥梁之间的相对纵、横向位移。(2)扣件纵向阻力采用非线性模型,阻力函数为 Q=?(s-e -cu) 式中,?、s、c、?为系数,u为扣件与钢轨间的相对位移。(3)扣件横向阻力采用线性模型。(4)间隔铁阻力采用非线性模型。(5)考虑墩顶纵向刚度对附加力的影响,墩顶纵向水平受力与纵向位移之间的关系设为线性关系。 2?纵横向耦合模型的建立在无碴轨道桥上无缝交叉渡线的温度力传递过程中,参与传力的主要有钢轨、扣件、间隔铁、螺栓等部件。通过选取ANSYS中的相应单元,分别对各部件进行模拟,最终形成桥上无缝交叉渡线的纵横向耦合模型。现结合工程实际,对模型中的主要部件及采用的参数进行说明。图1?钢轨 ?钢轨钢轨采用自定义截面梁单元模拟,如图1 所示。钢轨截面面积 2,弹性模量 5N/mm 2,泊松比 , 10 -5! -1。 ?。扭矩70~90N?m时,其纵向阻力函数取为Q= (-e -),临界阻力为 50N/cm [5],位移阻力曲线如图2所示。由于扣件横向阻力暂无测试值,在此借鉴动力学中采用的扣件横向动刚度,取换算