[發明專利]極端溫度條件下橋隧過渡段無縫線路穩定性分析方法

有效

• 申請號: 201510863896.0
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN105354391B
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 閆斌;王衛東;王寧波;張向民
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 周志中

本發明公開一種極端溫度條件下橋隧過渡段無縫線路穩定性的分析方法，包括以下步驟：(1)建立橋隧過渡段無縫線路完整模型，其中，鋼軌、軌枕、橋梁采用梁單元模擬，扣件縱橫向阻力、道砟縱橫向阻力采用非線性彈簧模擬，墩頂抗推剛度采用線性彈簧模擬，路基填充層、隧道部分采用實體單元模擬；(2)通過整體模型屈曲模態分析對軌道結構施加初始彎曲；(3)針對極端溫度特征對模型施加縱向非線性溫度荷載，以此研究橋隧過渡段無縫線路橫向變形規律。本發明充分考慮了各類結構之間的非線性相互作用，并以屈曲模態為依據對模型施加初始缺陷，其分析結果更符合實際情況，可為極端溫度條件下無縫線路的穩定性分析提供重要方法。

技術領域

本發明涉及無縫線路穩定性分析技術，尤其是極端溫度條件下橋隧過渡段無縫線路穩定性分析方法。

背景技術

目前我國青藏和黑龍江等極端溫度條件地區往往采用有砟軌道無縫線路。線路通過復雜地形地質區域時，橋梁與隧道之間常通過超短路基相連，無縫線路-橋梁-路基-隧道構成了統一的整體。在寒潮、持續高溫、以及晝夜溫差較大的情況下，鋼軌承受著極大的軸力。一方面，橋梁在溫度的作用下發生伸縮變形，引起橋梁與軌道之間的非線性相互作用。另一方面，隧道口內外一定范圍內，鋼軌溫度縱向存在著明顯的非線性分布，導致鋼軌與路基或隧道之間也存在著非線性相互作用。加之環境溫度的時變特性，系統各結構之間的非線性行為更加復雜。

在溫度的反復作用下，隧道口鋼軌將發生橫向變形甚至屈曲破壞，直接威脅列車運行安全。近年來，我國青藏線和川藏線部分隧道口鋼軌已出現了碎彎現象，引起了工務部門的廣泛關注，研究橋隧過渡段溫度作用下軌道結構的變形規律有其必要性。

目前，在進行無縫線路穩定性分析時，往往采用規范建議的統一穩定性計算公式，但無法考慮橋梁結構變形的影響；在進行橋上無縫線路穩定性分析時，往往采用假設鋼軌初始彎曲服從三角函數分布，通過修改鋼軌初始坐標模擬鋼軌初始缺陷。事實上，由于各構件之間存在著相互影響和相互制約，在進行橋隧過渡段無縫線路穩定性分析時，必須建立綜合考慮橋梁-路基和隧道以及有砟軌道細部結構的系統仿真模型。在施加鋼軌初始缺陷時，必須從系統的角度來看，尋找鋼軌的薄弱位置，參照屈曲模態施加。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有分析方法的不足，提供一種考慮周全、計算合理、能夠貼近實際情況的橋隧過渡段無縫線路穩定性分析方法。

為解決上述技術問題，本發明提出一種極端溫度條件下橋隧過渡段無縫線路穩定性分析方法，包括以下步驟：

(1)建立橋隧過渡段無縫線路完整模型，其中，鋼軌、軌枕、橋梁采用梁單元模擬，扣件縱橫向阻力、道砟縱橫向阻力采用非線性彈簧模擬，墩頂抗推剛度采用線性彈簧模擬，路基填充層、隧道部分采用實體單元模擬；

(2)通過整體模型屈曲模態分析對軌道結構施加初始彎曲；

(3)針對極端氣象溫度特征對模型施加縱向非線性溫度荷載，以此研究橋隧過渡段無縫線路橫向變形規律。

優選地，步驟(1)中的扣件縱橫向阻力、道砟縱橫向阻力的非線性約束參數按照現行規范或實測結果取值。

優選地，步驟(1)中，橋梁梁單元的梁體中性軸至橋面和至支座的距離采用剛臂單元模擬，剛臂剛度取為主梁剛度的40倍。

優選地，步驟(1)中隧道實體單元依照實際結構進行模擬或僅模擬出隧道襯砌即可，模擬長度取為20m。

優選地，步驟(2)中施加初始彎曲時，對系統第一階模態各節點變形進行調幅，最大幅值取為0.45m的1/1000。

優選地，步驟(3)中的縱向非線性溫度荷載采用二次曲線模擬，隧道口內外各取10m模擬。

優選地，步驟(1)中扣件縱向阻力按下式取值：