专利名称：高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法
技术领域：
本发明属于铁道工程设计技术领域，特别涉及高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法。
背景技术：
目前，我国多条高速铁路客运专线正在采用纵连板式无砟轨道，在特殊地段将出现长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路结构。虽然无砟轨道和桥上无缝线路的研究已经取得了很多成果，但对于高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路这种新的结构，相关的研究较少。特别是在大跨度连续梁上采用纵连板式无砟轨道结构之后，其梁轨相互作用机理更加复杂。高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路集中了高速铁路、长大桥梁、纵连板式无砟轨道和桥上无缝线路等多种技术难点，某些关键技术方面存在的问题还需要解决。·
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静、动力学模型，对不同的轨道参数和桥梁参数等设计因素的影响规律进行了计算与分析，对相关设计提出了有益的补充。本发明技术方案如下高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，该方法包括应用ANSYS软件对钢轨、扣件、轨道板、砂浆充填层、底座板、滑动层、固结机构、高强度挤塑板、L型侧向挡块、桥梁和桥墩、摩擦板和端刺锚固体系，以及路基土体和路基上支撑层结构进行模拟仿真，建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型并对该耦合静力学模型进行静力学分析；应用ABAQUS软件对高速车辆的结构、纵连板式无砟轨道无缝线路的结构和长大桥梁的结构进行模拟仿真，建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型，并对该耦合动力学模型进行动力学分析。所述建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型具体如下(I)钢轨选用梁单元进行模拟，按实际截面属性建模，考虑钢轨的截面积、惯性矩以及扭转弯矩参数，钢轨按照支承节点划分单元，全面考虑钢轨的纵、横、垂向线位移及转角；(2)扣件采用弹簧单元进行模拟，全面考虑扣件的纵向阻力、横向刚度和垂向刚度，扣件的阻力和刚度均根据实测值取值；(3)轨道板和底座板在全桥范围内连续铺设，标准轨道板之间通过6根精轧螺纹钢筋相互连接，轨道板、砂浆充填层和底座板采用实体单元进行模拟，全面考虑各部分结构的几何尺寸和物理属性；(4)为了减小桥梁温度变形对无砟轨道结构的影响，在底座板宽度范围内的梁面上连续设置“两布一膜”滑动层，使底座板与桥梁间保持滑动状态，桥上底座板与梁面间的“两布一膜”滑动层采用弹簧单元进行模拟；(5)在每孔桥梁的固定支座上方，通过在梁体预设剪力齿槽和锚固筋组成的固结机构实现底座板与梁体之间的固结，在梁缝处一定范围内的梁面铺设高强度挤塑板，以减小列车荷载作用下桥梁挠曲变形对无砟轨道结构的影响，固结机构和高强度挤塑板采用弹簧单元进行模拟；(6)由于桥梁和无砟轨道结构之间只在固定支座上方进行了连接，为保证轨道结构的横向和竖向稳定性，在底座板两侧设置一定数量的L型侧向挡块，约束桥上底座板的横向和竖向位移，L型侧向挡块采用实体单元进行模拟，考虑挡块的几何尺寸和物理属性；(7)桥梁采用实体单元进行模拟，全面考虑桥梁结构的几何尺寸和物理属性，考虑·桥梁墩台顶纵横向刚度基本为线性，采用线性弹簧单元进行模拟；(8)为保证桥梁台后路基和无砟轨道结构的稳定，在路桥过渡段范围内设置一定长度的摩擦板和端刺组成锚固体系进行锚固，为实现路桥过渡段与区间无砟轨道结构的刚度平顺过渡，在摩擦板和端刺后设置一定长度的过渡板，摩擦板、端刺和过渡板采用实体单元进行模拟，全面考虑整个台后锚固体系的几何尺寸和物理属性。(9)为避免摩擦板区段的集中受力，路基上底座板与摩擦板间铺设两层土工布，路基上底座板与摩擦板间“两布”滑动层采用弹簧单元进行模拟；(10)桥梁台后路基土体以及路基上支撑层采用实体单元进行模拟，全面考虑路基土体及支撑层的几何尺寸和物理属性。所述应用ANSYS软件建立的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型进行静力学分析，计算得到在温度变化、挠曲作用和制动条件下，采用不同的桥上或摩擦板上滑动层摩擦系数、扣件纵向阻力、桥梁温差、无砟轨道结构温差、砂浆充填层弹性模量、底座板弹性模量折减程度、固结机构纵向刚度、路基土体弹性模量、连续梁桥墩纵向刚度和连续梁桥跨长度等条件下的钢轨最大纵向力，轨道板、砂浆层、底座板、锚固体系和端刺区土体最大应力，固结机构和连续梁桥墩最大纵向力，钢轨、轨道板、砂浆层、底座板和锚固体系最大纵向位移，梁缝纵向变化量，钢轨、轨道板、砂浆层、底座板和桥梁最大垂向位移，梁端转角。所述应用ABAQUS软件建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型具体如下(I)高速车辆为多刚体模型，由车体、转向架、轮对、一系悬挂和二系悬挂组成；(2)钢轨选用实体单元进行模拟，按实际截面属性建模，考虑钢轨的截面积、惯性矩以及扭转弯矩参数，钢轨按照较小的长度划分单元，以满足动力学计算的需要，全面考虑钢轨的纵、横、垂向线位移及转角，钢轨上施加现场实测不平顺轨道谱，并考虑钢轨底下的轨底坡；(3)扣件采用弹簧单元进行模拟，全面考虑扣件的纵向阻力、横向刚度和垂向刚度；( 4 )轨道板、砂浆充填层和底座板采用实体单元进行模拟，全面考虑各部分结构的几何尺寸和物理属性；(5)底座板与梁面之间设置的“两布一膜”滑动层采用罚函数接触进行模拟，桥梁接缝区域的固结机构和高强度挤塑板采用线性接触刚度进行模拟；(6) L型侧向挡块采用实体单元进行模拟，全面考虑挡块的几何尺寸和物理属性；( 7 )桥梁采用实体单元进行模拟，全面考虑桥梁结构的几何尺寸和物理属性。应用ABAQUS软件建立的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型进行动力学分析，计算得到包括轮轨垂向和横向力、轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率、车体垂向和横向加速度的各项动力学安全性指标、包括钢轨加速度、垂向和横向位移、轨距和轨向变化量的钢轨动力学计算结果、包括轨道板垂向加速度、垂向位移、动应力，砂浆层垂向加速度、垂向位移、动应力，底座板垂向加速度、垂向位移、动应力，L型侧向挡块垂向加速度、动应力的无砟轨道结构动力学计算结果、包括桥梁垂向和横向加·速度、桥梁挠度、梁端转角的桥梁动力学计算结果。所述高速车辆的结构包括车体、转向架、轮对、一系悬挂和二系悬挂。所述纵连板式无砟轨道无缝线路的结构包括钢轨、扣件、轨道板、砂浆充填层、底座板、滑动层、固结机构、高强度挤塑板和L型侧向挡块。所述长大桥梁的结构包括简支箱梁、连续箱梁和桥墩。本发明可以弥补高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路研究的不足，有助于形成我国高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道的技术条件，完善我国高速铁路技术体系，研究成果将直接服务于我国高速铁路的建设，具有重要的理论与现实意义。本发明所建立的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型，结构更加完善，模型更加细致，各项参数均可以按照实际设计参数和现场实测数据取值，可以得到各细部结构在静、动力学条件下的计算结果，解决了设计、铺设和养护维修等方面面临的各项技术难题。
图I为钢轨梁单元模型图。图2为标准轨道板实体单元模型图。图3为轨道板、砂浆层和底座板实体单元模型图。图4为桥上“两布一膜”滑动层位移与摩擦系数关系图。图5为L型侧向挡块实体单元模型图。图6为32m简支箱梁实体单元模型图。图7为(80+128+80) m连续箱梁实体单元模型图。图8为台后锚固体系实体单元模型图。图9为摩擦板上“两布”滑动层位移与摩擦系数关系图。图10为路基土体实体单元模型图。图11为路基上支撑层实体单元模型图。图12为桥梁地段纵连板式无砟轨道结构静力学模型图。图13为路基地段纵连板式无砟轨道结构静力学模型图。图14为高速车辆整体模型图。
图15为钢轨实体单元模型图。图16为标准轨道板实体单元模型图。图17为轨道板、砂浆层和底座板实体单元模型图。图18为L型侧向挡块实体单元模型图。图19为32m简支箱梁实体单元模型图。图20为(80+128+80) m连续箱梁实体单元模型图。图21为高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型正视图。
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图22为高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型整体图。图23为不同桥上滑动层摩擦系数条件下钢轨伸缩力比较图。图24为不同桥上滑动层摩擦系数条件下钢轨伸缩位移比较图。图25为不同连续梁桥墩纵向刚度条件下钢轨制动力比较图。图26为不同连续梁桥墩纵向刚度条件下钢轨制动位移比较图。图27为轮轨垂向力时程图。图28为轮轨横向力时程图。图29为轮轴横向力时程图。图30为脱轨系数时程图。图31为轮重减载率时程图。图32为车体垂向加速度时程图。图33为车体横向加速度时程图。图34为钢轨加速度时程图。图35为钢轨垂向(绝对)位移时程图。图36为钢轨横向位移时程图。图37为轨道板垂向加速度时程图汇总。图38为轨道板动应力时程图汇总。图39为底座板垂向加速度时程图汇总。图40为底座板动应力时程图汇总。图41为L型侧向挡块动应力时程图汇总。图42为桥梁挠度时程图汇总。
具体实施例方式本发明提供高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法。应用ANSYS软件建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型，主要考虑钢轨、扣件、轨道板、砂浆充填层、底座板、滑动层、固结机构、高强度挤塑板、L型侧向挡块、桥梁和桥墩、摩擦板和端刺锚固体系、路基土体和路基上支撑层等结构的组成。具体如下(I)钢轨选用梁单元进行模拟，按实际截面属性建模，考虑钢轨的截面积、惯性矩以及扭转弯矩等参数。钢轨按照支承节点划分单元，可全面考虑钢轨的纵、横、垂向线位移及转角。钢轨梁单元模型如图I所示。(2)扣件采用弹簧单元进行模拟，可以全面考虑扣件的纵向阻力、横向刚度和垂向刚度，扣件的阻力和刚度均可根据实测值取值。(3)轨道板和底座板在全桥范围内连续铺设，标准轨道板之间通过6根精轧螺纹钢筋相互连接。轨道板、砂浆充填层和底座板采用实体单元进行模拟，可以全面考虑各部分结构的几何尺寸和物理属性。标准轨道板实体单元模型如图2所示，轨道板、砂浆层和底座板的实体单元模型如图3所示。(4)为了减小桥梁温度变形对无砟轨道结构的影响，在底座板宽度范围内的梁面上连续设置“两布一膜”滑动层，使底座板与桥梁间保持滑动状态。桥上底座板与梁面间的“两布一膜”滑动层采用弹簧单元进行模拟，桥上“两布一膜”滑动层的位移与摩擦系数的关系如图4所示。
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( 5 )在每孔桥梁的固定支座上方，通过在梁体预设剪力齿槽和锚固筋组成的固结机构实现底座板与梁体之间的固结。在梁缝处一定范围内的梁面铺设高强度挤塑板，以减小列车荷载作用下桥梁挠曲变形对无砟轨道结构的影响。固结机构和高强度挤塑板采用弹簧单元进行模拟。(6)由于桥梁和无砟轨道结构之间只在固定支座上方进行了连接，为保证轨道结构的横向和竖向稳定性，在底座板两侧设置一定数量的L型侧向挡块，约束桥上底座板的横向和竖向位移。L型侧向挡块采用实体单元进行模拟，可以全面考虑挡块的几何尺寸和物理属性。L型侧向挡块的实体单元模型如图5所示。 (7)桥梁采用实体单元进行模拟，可以全面考虑桥梁结构的几何尺寸和物理属性。32m简支箱梁的实体单元模型如图6所示，(80+128+80) m连续箱梁的实体单元模型如图7所示。(8)考虑桥梁墩台顶纵横向刚度基本为线性，采用线性弹簧单元进行模拟。(9)为保证桥梁台后路基和无砟轨道结构的稳定，在路桥过渡段范围内设置一定长度的摩擦板和端刺组成锚固体系进行锚固。为实现路桥过渡段与区间无砟轨道结构的刚度平顺过渡，在摩擦板和端刺后设置一定长度的过渡板。摩擦板、端刺和过渡板采用实体单元进行模拟，可以全面考虑整个台后锚固体系的几何尺寸和物理属性。台后锚固体系的实体单元模型如图8所示。(10)为避免摩擦板区段的集中受力，路基上底座板与摩擦板间铺设两层土工布。路基上底座板与摩擦板间“两布”滑动层采用弹簧单元进行模拟，摩擦板上“两布”滑动层的位移与摩擦系数的关系如图9所示。( 11)桥梁台后路基土体以及路基上支撑层采用实体单元进行模拟，可以全面考虑路基土体及支撑层的几何尺寸和物理属性。路基土体的实体单元模型如图10所示，路基上支撑层的实体单元模型如图11所示。桥梁地段纵连板式无砟轨道结构静力学模型如图12所示，路基地段纵连板式无砟轨道结构静力学模型如图13所示。根据本发明所建立的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型进行静力学分析，可以计算得到在温度变化、挠曲作用和制动条件下，采用不同的桥上或摩擦板上滑动层摩擦系数、扣件纵向阻力、桥梁温差、无砟轨道结构温差、砂浆充填层弹性模量、底座板弹性模量折减程度、固结机构纵向刚度、路基土体弹性模量、连续梁桥墩纵向刚度和连续梁桥跨长度等条件下的钢轨最大纵向力，轨道板、砂浆层、底座板、锚固体系和端刺区土体最大应力，固结机构和连续梁桥墩最大纵向力，钢轨、轨道板、砂浆层、底座板和锚固体系最大纵向位移，梁缝纵向变化量，钢轨、轨道板、砂浆层、底座板和桥梁最大垂向位移，梁端转角等。具体计算结果见实施例所示。本发明的目的在于，提供基于精细化静动力仿真的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，应用ABAQUS软件建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型，主要考虑高速车辆(包括车体、转向架、轮对、一系悬挂和二系悬挂等)、纵连板式无砟轨道无缝线路(包括钢轨、扣件、轨道板、砂浆充填层、底座板、滑动层、固结机构、高强度挤塑板和L型侧向挡块等)和长大桥梁(包括简支箱梁、连续箱梁和桥墩)等结构的组成。具体如下( I)高速车辆为多刚体模型，由车体、转向架、轮对、一系悬挂(轴箱悬挂)和二系悬挂(中央悬挂)等部分组成。高速车辆的整体模型如图14所示。·(2)钢轨选用实体单元进行模拟，按实际截面属性建模，考虑钢轨的截面积、惯性矩以及扭转弯矩等参数。钢轨按照较小的长度划分单元，以满足动力学计算的需要，可以全面考虑钢轨的纵、横、垂向线位移及转角。钢轨上施加现场实测不平顺轨道谱，并考虑钢轨底下的轨底坡。钢轨实体单元模型如图15所示。(3)扣件采用弹簧单元进行模拟，可以全面考虑扣件的纵向阻力、横向刚度和垂向刚度。动力计算时扣件动刚度按I. 5倍静刚度取值。(4)轨道板、砂浆充填层和底座板采用实体单元进行模拟，可以全面考虑各部分结构的几何尺寸和物理属性。标准轨道板的实体单元模型如图16所示，轨道板、砂浆层和底座板的实体单元模型如图17所示。(5)底座板与梁面之间设置的“两布一膜”滑动层采用罚函数接触进行模拟，桥梁接缝区域的固结机构和高强度挤塑板采用线性接触刚度进行模拟。( 6 )L型侧向挡块采用实体单元进行模拟，可以全面考虑挡块的几何尺寸和物理属性。L型侧向挡块的实体单元模型如图18所示。( 7 )桥梁采用实体单元进行模拟，可以全面考虑桥梁结构的几何尺寸和物理属性。32m简支箱梁的实体单元模型如图19所示，(80+128+80) m连续箱梁的实体单元模型如图20所示。由以上各部分组成的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型如图21和图22所示。根据本发明所建立的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型进行动力学分析，可以计算得到各项动力学安全性指标(包括轮轨垂向和横向力、轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率、车体垂向和横向加速度)、钢轨动力学计算结果(包括钢轨加速度、垂向和横向位移、轨距和轨向变化量)、无砟轨道结构动力学计算结果(包括轨道板垂向加速度、垂向位移、动应力，砂浆层垂向加速度、垂向位移、动应力，底座板垂向加速度、垂向位移、动应力，L型侧向挡块垂向加速度、动应力)、桥梁动力学计算结果(包括桥梁垂向和横向加速度、桥梁挠度、梁端转角)等。具体计算结果见实施例所示。以下结合实施例和附图对本发明的内容作更进一步的说明，但本发明的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。实施例I :本部分比较分析桥上“两布一膜”滑动层摩擦系数分别为0. 25,0. 30和0. 35时的主要温度力和位移计算结果。不同的桥上滑动层摩擦系数条件下的钢轨受力和钢轨位移比较如图23和图24所示。横坐标的零点为桥台与桥梁一侧的交界处，下同。不同桥上滑动层摩擦系数条件下的主要温度力和位移计算结果比较见表I和表2。表I :不同桥上滑动层摩擦系数条件下主要受力计算结果比较
权利要求
1.高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，其特征在于，该方法包括应用ANSYS软件对钢轨、扣件、轨道板、砂浆充填层、底座板、滑动层、固结机构、高强度挤塑板、L型侧向挡块、桥梁和桥墩、摩擦板和端刺锚固体系，以及路基土体和路基上支撑层结构进行模拟仿真，建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型并对该耦合静力学模型进行静力学分析；应用ABAQUS软件对高速车辆的结构、纵连板式无砟轨道无缝线路的结构和长大桥梁的结构进行模拟仿真，建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型，并对该耦合动力学模型进行动力学分析。
2.根据权利要求I所述的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，其特征在于，所述建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型具体如下 (1)钢轨选用梁单元进行模拟，按实际截面属性建模，考虑钢轨的截面积、惯性矩以及扭转弯矩参数，钢轨按照支承节点划分单元，全面考虑钢轨的纵、横、垂向线位移及转角； (2)扣件采用弹簧单元进行模拟，全面考虑扣件的纵向阻力、横向刚度和垂向刚度，扣件的阻力和刚度均根据实测值取值； (3)轨道板和底座板在全桥范围内连续铺设，标准轨道板之间通过6根精轧螺纹钢筋相互连接，轨道板、砂浆充填层和底座板采用实体单元进行模拟，全面考虑各部分结构的几何尺寸和物理属性； (4)为了减小桥梁温度变形对无砟轨道结构的影响，在底座板宽度范围内的梁面上连续设置“两布一膜”滑动层，使底座板与桥梁间保持滑动状态，桥上底座板与梁面间的“两布一膜”滑动层采用弹簧单元进行模拟； (5)在每孔桥梁的固定支座上方，通过在梁体预设剪力齿槽和锚固筋组成的固结机构实现底座板与梁体之间的固结，在梁缝处一定范围内的梁面铺设高强度挤塑板，以减小列车荷载作用下桥梁挠曲变形对无砟轨道结构的影响，固结机构和高强度挤塑板采用弹簧单元进行模拟； (6)由于桥梁和无砟轨道结构之间只在固定支座上方进行了连接，为保证轨道结构的横向和竖向稳定性，在底座板两侧设置一定数量的L型侧向挡块,约束桥上底座板的横向和竖向位移，L型侧向挡块采用实体单元进行模拟，考虑挡块的几何尺寸和物理属性； (7)桥梁采用实体单元进行模拟，全面考虑桥梁结构的几何尺寸和物理属性，考虑桥梁墩台顶纵横向刚度基本为线性，采用线性弹簧单元进行模拟； (8)为保证桥梁台后路基和无砟轨道结构的稳定，在路桥过渡段范围内设置一定长度的摩擦板和端刺组成锚固体系进行锚固，为实现路桥过渡段与区间无砟轨道结构的刚度平顺过渡，在摩擦板和端刺后设置一定长度的过渡板，摩擦板、端刺和过渡板采用实体单元进行模拟，全面考虑整个台后锚固体系的几何尺寸和物理属性； (9)为避免摩擦板区段的集中受力，路基上底座板与摩擦板间铺设两层土工布，路基上底座板与摩擦板间“两布”滑动层采用弹簧单元进行模拟； (10 )桥梁台后路基土体以及路基上支撑层采用实体单元进行模拟，全面考虑路基土体及支撑层的几何尺寸和物理属性。
3.根据权利要求I所述的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，其特征在于，应用ANSYS软件建立的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型进行静力学分析，计算得到在温度变化、挠曲作用和制动条件下，采用不同的桥上或摩擦板上滑动层摩擦系数、扣件纵向阻力、桥梁温差、无砟轨道结构温差、砂浆充填层弹性模量、底座板弹性模量折减程度、固结机构纵向刚度、路基土体弹性模量、连续梁桥墩纵向刚度和连续梁桥跨长度等条件下的钢轨最大纵向力，轨道板、砂浆层、底座板、锚固体系和端刺区土体最大应力，固结机构和连续梁桥墩最大纵向力，钢轨、轨道板、砂浆层、底座板和锚固体系最大纵向位移，梁缝纵向变化量，钢轨、轨道板、砂浆层、底座板和桥梁最大垂向位移，梁端转角。
4.根据权利要求I所述的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，其特征在于，所述应用ABAQUS软件建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型具体如下 (1)高速车辆为多刚体模型，由车体、转向架、轮对、一系悬挂和二系悬挂组成； (2)钢轨选用实体单元进行模拟，按实际截面属性建模，考虑钢轨的截面积、惯性矩以及扭转弯矩参数，钢轨按照较小的长度划分单元，以满足动力学计算的需要，全面考虑钢轨的纵、横、垂向线位移及转角，钢轨上施加现场实测不平顺轨道谱，并考虑钢轨底下的轨底坡； (3)扣件采用弹簧单元进行模拟，全面考虑扣件的纵向阻力、横向刚度和垂向刚度； (4)轨道板、砂浆充填层和底座板采用实体单元进行模拟，全面考虑各部分结构的几何尺寸和物理属性； (5)底座板与梁面之间设置的“两布一膜”滑动层采用罚函数接触进行模拟，桥梁接缝区域的固结机构和高强度挤塑板采用线性接触刚度进行模拟； (6)L型侧向挡块采用实体单元进行模拟，全面考虑挡块的几何尺寸和物理属性； (7)桥梁采用实体单元进行模拟，全面考虑桥梁结构的几何尺寸和物理属性。
5.根据权利要求I所述的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，其特征在于，应用ABAQUS软件建立的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型进行动力学分析，计算得到包括轮轨垂向和横向力、轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率、车体垂向和横向加速度的各项动力学安全性指标、包括钢轨加速度、垂向和横向位移、轨距和轨向变化量的钢轨动力学计算结果、包括轨道板垂向加速度、垂向位移、动应力，砂浆层垂向加速度、垂向位移、动应力，底座板垂向加速度、垂向位移、动应力，L型侧向挡块垂向加速度、动应力的无砟轨道结构动力学计算结果、包括桥梁垂向和横向加速度、桥梁挠度、梁端转角的桥梁动力学计算结果。
6.根据权利要求I所述的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，其特征在于，所述高速车辆的结构包括车体、转向架、轮对、一系悬挂和二系悬挂。
7.根据权利要求I所述的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，其特征在于，所述纵连板式无砟轨道无缝线路的结构包括钢轨、扣件、轨道板、砂浆充填层、底座板、滑动层、固结机构、高强度挤塑板和L型侧向挡块。
8.根据权利要求I所述的高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法，其特征在于，所述长大桥梁的结构包括简支箱梁、连续箱梁和桥墩。
全文摘要
本发明涉及高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路设计方法。本发明应用ANSYS软件建立高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合静力学模型，应用ABAQUS软件建立空间耦合动力学模型。本发明详尽考虑了钢轨、扣件、轨道板、砂浆充填层、底座板、滑动层、固结机构、高强度挤塑板、L型侧向挡块等体系、路基土体和路基上支撑层等结构的组成以及高速车辆的作用，对不同的桥上或摩擦板上滑动层摩擦系数、扣件纵向阻力、桥梁温差、无砟轨道结构温差、砂浆充填层弹性模量等进行计算，得到轨道和桥梁各细部结构的受力与变形。本发明适用于高速铁路长大桥梁纵连板式无砟轨道无缝线路的设计与检算，以为高速铁路的设计计算与养护维修提供服务。
文档编号E01D1/00GK102789531SQ20121026524
公开日2012年11月21日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者乔神路, 侯博文, 曲村, 杨文茂, 肖宏, 蔡小培, 赵磊, 高亮 申请人:北京交通大学