[發明專利]高鐵大跨度混合梁斜拉橋與無砟軌道相互作用建模方法

在審

• 申請號: 201811553990.6
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109635472A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 閆斌;黃杰;李偉;韓忠恕;白靜遠;郝碩;婁平
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06Q50/08
• 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: 馬鳳蘭

高鐵大跨度混合梁斜拉橋與無砟軌道相互作用建模方法，包括如下步驟：S1：建立大跨度斜拉橋模型和混合梁用梁單元模擬；S2：建立無砟軌道模型，軌道板和底座板采用非線性纖維梁單元模擬，鋼軌采用梁單元模擬，扣件縱橫向阻力、彈性墊層采用非線性彈簧模擬，軌道板與底座板之間的聚丙烯土工布、凸形擋臺、底座板與橋梁之間的剪力釘和墩頂抗推剛度采用線性彈簧模擬；S3：對無砟軌道模型施加溫度、豎向活載和列車制動，并研究模型中鋼軌、軌道板、底座板的受力規律。本發明可進一步豐富無砟軌道設計理論體系，為橋梁及無砟軌道設計、養維技術標準的完善提供科學依據。

技術領域

本發明涉及一種涉及橋梁與無砟軌道之間相互作用的建模方法，具體涉及一種高鐵大跨度混合梁斜拉橋與無砟軌道相互作用建模方法。

背景技術

無砟軌道結構具有整體性好，穩定性好，耐腐蝕，可有效減少軌道的養護維修，軌道幾何形位易于保持等優勢，在我國中小跨度高速鐵路橋梁上應用廣泛。然而，對大跨度橋梁而言，橋梁溫度跨度大導致其鋼軌承受著巨大的縱向力溫度力，大跨度橋梁結構體系較柔導致梁端轉角變形大，因此，目前國內外高速鐵路大跨度橋梁上往往采用有砟軌道結構。而有砟軌道運行平順性、耐久性均低于有砟軌道，且道床維修工作量大，運營管理和維修成本高。為減少大跨度橋梁及兩端橋上軌道類型、減少維修工作量和養護設備種類，減輕橋梁二期恒載降低造價，提高大跨度橋梁梁端道床穩定性，實現更大跨度橋上鋪設無砟軌道具有重要意義。

為研究大跨度斜拉橋上無砟軌道的適應性，需要知道高鐵大跨度混合梁斜拉橋的各結構與無砟軌道結構相互之間的作用形式及作用力等信息，實體研究成本太高，不現實，因此通過建模的形式來進行研究可大大節省成本而且信息獲取較為迅速。但是現有技術中未見有相關報道和記載。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種高鐵大跨度混合梁斜拉橋與無砟軌道相互作用建模方法，它具有考慮周全，計算合理，能夠貼近實際情況的優點，可進一步豐富無砟軌道設計理論體系，為橋梁及無砟軌道設計、養維技術標準的完善提供科學依據。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：一種高鐵大跨度混合梁斜拉橋與無砟軌道相互作用建模方法，包括如下步驟：

S1：建立大跨度斜拉橋模型和混合梁用梁單元模擬，混合梁采用截面為鋼梁與混凝土橋面板的梁單元模擬，斜拉橋的橋塔和混凝土橋面板采用非線性纖維梁單元模擬，斜拉索采用索單元模擬，橋墩與梁塔間的阻尼支座采用非線性彈簧模擬；

S2：建立大跨度斜拉橋上的無砟軌道模型，軌道板和底座板采用非線性纖維梁單元模擬，鋼軌采用梁單元模擬，并模擬鋼軌的伸縮調節器對無砟軌道模型的影響，扣件縱橫向阻力、彈性墊層采用非線性彈簧模擬，所述軌道板與底座板之間的聚丙烯土工布、凸形擋臺、底座板與橋梁之間的剪力釘和墩頂抗推剛度采用線性彈簧模擬；

S3：對無砟軌道模型施加溫度、豎向活載和列車制動，并研究模型中鋼軌、軌道板、底座板的受力規律。

作為上述技術方案的進一步改進：所述步驟S1中通過定義混凝土材料的非線性，采用Takeda滯回模型模擬鋼筋混凝土，其次采用Mander-Confined模型模擬箍筋的約束作用。

進一步，所述步驟S2中的扣件縱橫向阻力、彈性墊層的非線性約束參數，軌道板與底座板、底座板與橋梁的線性約束參數按照現行規范或實測結果取值。

進一步，所述步驟S2中將鋼軌伸縮調節器考慮成一個斷軌，模擬其對無砟軌道模型的影響。

進一步，所述步驟S1中在混合梁中性軸處采用帶剛臂的梁單元模擬橋梁主體，并采用空間魚骨模型進行模擬大跨度斜拉橋模型。

進一步，所述步驟S2中常阻力和小阻力扣件縱向阻力按下式取值：