纵连板式无砟轨道与桥梁纵向相互作用分析方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及铁道工程应用计算与设计技术，公开一种纵连板式无砟轨道与桥梁纵向相互作用分析方法及系统，为不同气候环境下桥上纵连板式无砟轨道及下部基础设计提供重要支撑。本发明专利技术公开的分析方法包括：分别建立纵连板式无砟轨道‑桥梁温度场计算模型和纵连板式无砟轨道‑桥梁‑桥梁墩台纵向相互作用模型；然后用这些模型研究在服役期间列车纵向荷载、无砟轨道混凝土温度和混凝土收缩荷载、桥梁温度荷载、断板荷载、断轨荷载等纵向荷载下纵连板式无砟轨道‑桥梁‑桥梁墩台相互作用。本发明专利技术力学模型考虑了裂缝的开裂和闭合效应及钢筋混凝土纵向相互作用，更加精细；荷载模型考虑了不同气候环境下温度特性的不同，更加完善。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铁道工程应用计算与设计技术，尤其涉及一种纵连板式无砟轨道与桥梁纵向相互作用分析方法及系统。
技术介绍
桥上纵连板式无砟轨道是我国高速铁路一种主要的无砟轨道结构类型，在我国高速铁路上得到广泛应用。与其他类型桥上无砟轨道结构相比，它具有提高高速列车通过线路时平顺性、主动控制裂缝出现位置，大大降低钢轨和桥梁墩台纵向作用力等优点。桥上纵连板式无砟轨道虽有种种优点，但由于桥上纵连板式无砟轨道钢筋在纵向是连续的，而无砟轨道混凝土则是按开裂设计的，相比其它类型桥上无砟轨道，桥上纵连板式无砟轨道受力更为复杂，不但列车垂向荷载、无砟轨道不均匀温差荷载、下部基础变形荷载对其受力有较大影响，而且对其它类型桥上无砟轨道力学特性影响较小的列车纵向荷载(线路制动地段为列车制动荷载，线路牵引地段则为列车牵引荷载)、无砟轨道均匀温度荷载、无砟轨道混凝土收缩荷载、桥梁温度荷载等，对桥上纵连板式无砟轨道也会产生较大影响。根据德国博格公司京津城际高速铁路设计技术报告，由列车制动荷载引起的60+100+60m大跨度连续梁桥上纵连板式无砟轨道混凝土纵向最大拉应力约为1.2MPa，由列车制动荷载引起的32m多跨简支梁桥上纵连板式无砟轨道混凝土纵向最大拉应力约为0.7MPa，无砟轨道纵向配筋也主要由纵向荷载引起的纵向力控制。桥上纵连板式无砟轨道内钢筋在纵向是连续的，而无砟轨道混凝土则是按开裂设计的，钢筋与无砟轨道混凝土之间存在较强的纵向相互作用，对纵向力作用下桥上纵连板式无砟轨道内钢筋与混凝土应力分布会产生很大影响。而目前国内外对纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用的研究大多没有考虑钢筋和混凝土的相互作用、无砟轨道混凝土开裂和闭合效应，不符合实际情况。另外，桥上纵连板式无砟轨道对无砟轨道温度荷载十分敏感，而不同气候环境下无砟轨道温度荷载及效应是不同的。因此，亟需建立一种有效的分析方法对纵向荷载作用下纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台相互作用进行分析，为不同气候环境下桥上纵连板式无砟轨道及下部基础设计提供重要支撑。
技术实现思路
本专利技术目的在于公开一种纵连板式无砟轨道与桥梁纵向相互作用分析方法及系统，为桥上纵连板式无砟轨道及下部基础设计提供重要支撑。为实现上述目的，本专利技术公开的纵连板式无砟轨道与桥梁纵向相互作用分析方法包括：确定桥上纵连板式无砟轨道在服役期间的最低温度；考虑无砟轨道施工温度、无砟轨道在服役期间的最低温度及无砟轨道混凝土收缩的影响，得到无砟轨道在服役期间的最大等效温降幅度；建立初始的纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型，将所有预裂缝处纵向连接单元设置为纵向弹簧单元，同时将无砟轨道在服役期间的最大等效温降幅度输入到纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型，进行纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用求解，分别求出每一预裂缝处纵向连接单元的纵向相互作用力，判断预裂缝处纵向连接单元的最大纵向拉力是否大于无砟轨道混凝土抗拉强度所能承受的纵向拉力，如果是，确定无砟轨道混凝土在该最大纵向拉力预裂缝处形成贯通裂缝，并在无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型中将该贯通裂缝处纵向连接单元修正为只能承受压力的接触单元；将无砟轨道在服役期间的最大等效温降幅度输入到修正后的纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型，重新进行纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用求解，分别求出剩余各预裂缝处纵向连接单元的纵向相互作用力，判断剩余预裂缝处纵向连接单元的最大纵向拉力是否大于无砟轨道混凝土抗拉强度所能承受的纵向拉力，如果是，确定无砟轨道混凝土在该最大纵向拉力预裂缝处形成贯通裂缝，并在无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型中将该贯通裂缝处纵向连接单元也修正为只能承受压力的接触单元；依次循环，直至剩余的所有预裂缝处纵向连接单元的纵向拉力均小于无砟轨道混凝土抗拉强度所能承受的纵向拉力，得到最终的纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型；根据最终的纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型进行无砟轨道各部件各组合荷载下的纵向力分析。为实现上述目的，本专利技术公开的纵连板式无砟轨道与桥梁纵向相互作用分析系统包括：第一处理单元，用于确定桥上纵连板式无砟轨道在服役期间的最低温度；第二处理单元，用于考虑无砟轨道施工温度、无砟轨道在服役期间的最低温度及无砟轨道混凝土收缩的影响，得到无砟轨道在服役期间的最大等效温降幅度；第三处理单元，用于建立初始的纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型，将所有预裂缝处纵向连接单元设置为纵向弹簧单元，同时将无砟轨道在服役期间的最大等效温降幅度输入到纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型，进行纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用求解，分别求出每一预裂缝处纵向连接单元的纵向相互作用力，判断预裂缝处纵向连接单元的最大纵向拉力是否大于无砟轨道混凝土抗拉强度所能承受的纵向拉力，如果是，确定无砟轨道混凝土在该最大纵向拉力预裂缝处形成贯通裂缝，并在无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型中将该贯通裂缝处纵向连接单元修正为只能承受压力的接触单元；然后将无砟轨道在服役期间的最大等效温降幅度输入到修正后的纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型，重新进行纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用求解，分别求出剩余各预裂缝处纵向连接单元的纵向相互作用力，判断剩余预裂缝处纵向连接单元的最大纵向拉力是否大于无砟轨道混凝土抗拉强度所能承受的纵向拉力，如果是，确定无砟轨道混凝土在该最大纵向拉力预裂缝处形成贯通裂缝，并在无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型中将该贯通裂缝处纵向连接单元也修正为只能承受压力的接触单元；依次循环，直至剩余的所有预裂缝处纵向连接单元的纵向拉力均小于无砟轨道混凝土抗拉强度所能承受的纵向拉力，得到最终的纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型；第四处理单元，用于根据最终的纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型进行无砟轨道各部件各组合荷载下的纵向力分析。本专利技术具有以下有益效果：依托本专利技术所公开的纵连板式无砟轨道与桥梁纵向相互作用分析方法及系统，为了模拟无砟轨道混凝土在循环温度荷载下裂缝的开裂及闭合效应，在无砟轨道预裂缝处设置纵向连接单元。对于贯通裂缝，采用接触单元连接裂缝处两相邻的无砟轨道混凝土单元，对于不开裂单元，采用大刚度纵向弹簧单元加以连接。藉此，本专利技术力学模型考虑了裂缝的开裂和闭合效应及钢筋混凝土纵向相互作用，更加精细；荷载模型考虑了不同气候环境下温度特性的不同，更加完善。本专利技术提出的方法可以大大提高纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用仿真精度，为不同气候环境下桥上纵连板式无砟轨道及下部基础设计提供重要支撑。下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术实施例公开的纵连板式无砟轨道与桥梁纵向相互作用分析方法流程图；图2是本专利技术实施例公开的广州地区轨道板温度时程曲线；图3是本专利技术实施例公开的纵向荷载作用下桥上纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台力学模型示意图；图4是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纵连板式无砟轨道与桥梁纵向相互作用分析方法，其特征在于，包括：确定桥上纵连板式无砟轨道在服役期间的最低温度；考虑无砟轨道施工温度、无砟轨道在服役期间的最低温度及无砟轨道混凝土收缩的影响，得到无砟轨道在服役期间的最大等效温降幅度；建立初始的纵连板式无砟轨道‑桥梁‑桥梁墩台纵向相互作用模型，将所有预裂缝处纵向连接单元设置为纵向弹簧单元，同时将无砟轨道在服役期间的最大等效温降幅度输入到纵连板式无砟轨道‑桥梁‑桥梁墩台纵向相互作用模型，进行纵连板式无砟轨道‑桥梁‑桥梁墩台纵向相互作用求解，分别求出每一预裂缝处纵向连接单元的纵向相互作用力，判断预裂缝处纵向连接单元的最大纵向拉力是否大于无砟轨道混凝土抗拉强度所能承受的纵向拉力，如果是，确定无砟轨道混凝土在该最大纵向拉力预裂缝处形成贯通裂缝，并在无砟轨道‑桥梁‑桥梁墩台纵向相互作用模型中将该贯通裂缝处纵向连接单元修正为只能承受压力的接触单元；将无砟轨道在服役期间的最大等效温降幅度输入到修正后的纵连板式无砟轨道‑桥梁‑桥梁墩台纵向相互作用模型，重新进行纵连板式无砟轨道‑桥梁‑桥梁墩台纵向相互作用求解，分别求出剩余各预裂缝处纵向连接单元的纵向相互作用力，判断剩余预裂缝处纵向连接单元的最大纵向拉力是否大于无砟轨道混凝土抗拉强度所能承受的纵向拉力，如果是，确定无砟轨道混凝土在该最大纵向拉力预裂缝处形成贯通裂缝，并在无砟轨道‑桥梁‑桥梁墩台纵向相互作用模型中将该贯通裂缝处纵向连接单元也修正为只能承受压力的接触单元；依次循环，直至剩余的所有预裂缝处纵向连接单元的纵向拉力均小于无砟轨道混凝土抗拉强度所能承受的纵向拉力，得到最终的纵连板式无砟轨道‑桥梁‑桥梁墩台纵向相互作用模型；根据最终的纵连板式无砟轨道‑桥梁‑桥梁墩台纵向相互作用模型进行无砟轨道各部件各组合荷载下的纵向力分析。...

【技术特征摘要】
1.一种纵连板式无砟轨道与桥梁纵向相互作用分析方法，其特征在于，包括：确定桥上纵连板式无砟轨道在服役期间的最低温度；考虑无砟轨道施工温度、无砟轨道在服役期间的最低温度及无砟轨道混凝土收缩的影响，得到无砟轨道在服役期间的最大等效温降幅度；建立初始的纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型，将所有预裂缝处纵向连接单元设置为纵向弹簧单元，同时将无砟轨道在服役期间的最大等效温降幅度输入到纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型，进行纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用求解，分别求出每一预裂缝处纵向连接单元的纵向相互作用力，判断预裂缝处纵向连接单元的最大纵向拉力是否大于无砟轨道混凝土抗拉强度所能承受的纵向拉力，如果是，确定无砟轨道混凝土在该最大纵向拉力预裂缝处形成贯通裂缝，并在无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型中将该贯通裂缝处纵向连接单元修正为只能承受压力的接触单元；将无砟轨道在服役期间的最大等效温降幅度输入到修正后的纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型，重新进行纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用求解，分别求出剩余各预裂缝处纵向连接单元的纵向相互作用力，判断剩余预裂缝处纵向连接单元的最大纵向拉力是否大于无砟轨道混凝土抗拉强度所能承受的纵向拉力，如果是，确定无砟轨道混凝土在该最大纵向拉力预裂缝处形成贯通裂缝，并在无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型中将该贯通裂缝处纵向连接单元也修正为只能承受压力的接触单元；依次循环，直至剩余的所有预裂缝处纵向连接单元的纵向拉力均小于无砟轨道混凝土抗拉强度所能承受的纵向拉力，得到最终的纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型；根据最终的纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型进行无砟轨道各部件各组合荷载下的纵向力分析。2.根据权利要求1所述的纵连板式无砟轨道与桥梁纵向相互作用分析方法，其特征在于，所述纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用求解在ANSYS环境下用APDL二次开发语言实现。3.根据权利要求2所述的纵连板式无砟轨道与桥梁纵向相互作用分析方法，其特征在于，所述纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型还包括：钢轨选用梁单元进行模拟；扣件采用非线性弹簧-阻尼单元进行模拟；无砟轨道混凝土以梁单元进行模拟；无砟轨道钢筋以梁单元进行模拟；模拟无砟轨道混凝土与无砟轨道钢筋粘结滑移关系的连接单元以非线性弹簧-阻尼单元模拟；桥梁以梁单元进行模拟；模拟桥梁与无砟轨道混凝土间纵向相互作用的纵向连接单元以非线性弹簧-阻尼单元模拟；在桥梁固定支座处，桥梁与无砟轨道混凝土间还有锚筋连接，以一纵向弹簧单元对此情况加以模拟；固定支座处设置纵向线性弹簧-阻尼单元，以模拟桥梁墩台纵向刚度对系统纵向力的影响。4.根据权利要求1至3任一所述的纵连板式无砟轨道与桥梁纵向相互作用分析方法，其特征在于，所述根据最终的纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型进行无砟轨道各部件各组合荷载下的纵向力分析包括：考虑无砟轨道施工温度以及服役期间无砟轨道最高温度或最低温度，根据列车牵引荷载或制动荷载，并结合无砟轨道混凝土收缩荷载和桥梁温度荷载，进行无砟轨道各部件的纵向力分...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐庆元，张泽，李奕金，娄平，宋旭明，周小林，陈伟，张向民，闫斌，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43