高墩大跨混凝土连续刚构桥的纵向刚度控制方法及桥梁技术

本发明专利技术涉及高墩大跨混凝土桥梁技术领域，特别涉及一种高墩大跨混凝土连续刚构桥的纵向刚度控制方法及桥梁，该纵向刚度控制方法包括：a)建立线桥墩一体化计算模型；b)检算在不同工况条件下轨道的强度和稳定性；c)对连续刚构桥施加不同荷载，并检算载荷对无缝线路受力变形的影响情况；d)对梁轨作用力及相互位移进行分析；e)确定桥梁固定墩的纵向刚度限值及轨道处理措施，从而确定了梁形布置及固定墩的刚度。解决了现有技术中难以控制高墩大跨连续刚构桥纵向刚度的问题，填补了高墩大跨混凝土连续刚构桥在纵向刚度控制领域的空白，为桥梁设计和建造提供了参考和依据，从而降低了设计周期和成本。

【技术实现步骤摘要】
高墩大跨混凝土连续刚构桥的纵向刚度控制方法及桥梁
本专利技术涉及高墩大跨混凝土桥梁
，特别涉及一种高墩大跨混凝土连续刚构桥的纵向刚度控制方法及桥梁。
技术介绍
《高速铁路设计规范》(TB10621-2014)规定了位于有砟轨道无缝线路固定区的混凝土简支梁的墩台顶部纵向水平线刚度限值，该规范针仅仅对常用跨度简支梁进行了规定。桥墩纵向线刚度主要需要考虑无缝线路轨道稳定及强度的要求，不采取特殊措施的条件下，无缝线路轨道稳定和强度等指标是控制桥墩纵向线刚度的主要因素。对于桥墩墩台，铁路桥涵基本规范只规定了墩台顺桥方向的弹性水平位移应满足桥梁跨度平方根的5倍的限值要求，并未做其他特殊规定。而高墩大跨桥梁的桥墩刚度、结构形式与基本规范的规定有显著不同，所以，该规定并不适应高墩大跨桥梁。而且，在桥梁实际建造过程中，桥墩线刚度的要求比墩台顺桥方向的弹性水平位移更严格，因此，如何控制桥墩线刚度成为建造桥梁过程中的关键因素。本专利技术中所指的高墩大跨混凝土连续刚构桥是指桥墩高度50m以上，跨度100m以上的混凝土连续刚构桥。由于高墩大跨桥梁具有墩高较高、跨度(温度跨度)较大的特点，并且，高墩大跨桥梁结构间构造差异存在较大的悬殊性，桥址地段的自然环境条件也存在复杂、多变的特性，在高墩大跨刚构梁上铺设无缝线路后，桥上无缝线路的受力变形、桥梁结构的受力变形及线桥之间的相互影响也比较复杂，因此，必须对桥梁桥墩的纵向刚度进行控制，使其满足使用要求。在计算刚构桥上无缝线路相关内容时需要用到刚构墩的纵向水平刚度值，现有技术中，并没有相关方法及规范要求对高墩大跨混凝土桥梁的刚构墩纵向刚度限值进行规定，桥梁结构在自然风场、温度场等多场影响下，桥梁结构及无缝线路受力变形规律不为所知，高墩大跨桥桥上无缝线路的设计存在较大难度，而且，连续刚构桥梁与连续梁体系不同，两个桥墩与梁体固结，形成框架体系，与连续梁墩梁分离的体系显著不同，因此，如何控制纵向刚度成为高墩大跨混凝土连续刚构桥建设过程中的重要因素。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术中难以对高墩大跨混凝土连续刚构桥的纵向刚度进行有效控制及确定限值范围，导致在建造高墩大跨混凝土连续刚构桥时，存在桥梁纵向刚度难以满足车桥耦合动力特性的要求，以及桥上无缝线路轨道稳定及强度要求的问题，提供一种高墩大跨混凝土连续刚构桥的纵向刚度控制方法及桥梁，该纵向刚度控制方法通过建立模型，并对桥梁施加模拟载荷，通过对梁轨作用力及无缝线路受力变形规律的分析，得到桥梁固定墩的纵向刚度限值，从而进一步确定梁形布置及固定墩的刚度，解决了现有技术中难以控制高墩大跨连续刚构桥纵向刚度的问题，填补了高墩大跨混凝土连续刚构桥在纵向刚度控制领域的空白。同时，该高墩大跨混凝土连续刚构桥提供了不同跨度下的梁形布置形式、最小线刚度和轨道处理措施，建立了高墩大跨混凝土连续刚构桥纵向线刚度限值的规范标准，为桥梁设计和建造提供了参考和依据，从而降低了设计成本，并使实际建造的桥梁满足其特定的使用环境。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种高墩大跨混凝土连续刚构桥的纵向刚度控制方法，包括以下步骤：a、建立线桥墩一体化计算模型，并将刚构墩简化为固定支座对应独立桥墩的方式；b、检算在不同工况条件下轨道的强度和稳定性；c、施加载荷，对连续刚构桥施加不同荷载，并检算各载荷对无缝线路受力变形的的影响情况，所述载荷包括风载荷、温度载荷和基础沉降产生的载荷；d、确定刚度限值，采用有限单元法分析梁轨相互作用力及相互位移，进行数值求解，确定固定墩纵向刚度限值；e、确定梁形布置类型及轨道处理措施，根据连续刚构桥的跨度得到其名义温度跨度，并根据该名义温度跨度和轨温变化幅度，确定梁形布置类型，并确定固定墩纵向刚度限值及轨道处理措施。步骤a中的线桥墩一体化计算模型中的钢轨为多根钢轨，且连续刚构桥为桥梁对称布置。由于连续刚构保持了连续梁的多种优点，结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车，而且连续刚构桥的墩梁固接节省了大型支座的昂贵费用，减少了墩及基础的工程量，同时，连续刚构桥能改善其结构在水平荷载(例如地震荷载)作用下的受力性能。虽然连续刚构桥具有这些良好的使用性能，但在计算刚构桥上无缝线路相关内容时需要用到刚构墩的纵向水平刚度值，而刚构墩的纵向刚度值使难以控制和计算的，本方案通过将刚构墩简化为固定支座对应桥墩的方式，使简化后的刚构桥刚度控制和计算比较简单，并且能形成比较通用的计算程序。目前，由于有限元方法的大力发展和成熟应用，在高墩大跨桥计算模型中根据墩身结构和梁体形式，建立精确的桥梁有限元模型，应用有限元模型进行模拟分析、测试，得到相关计算数据及影响规律，从而为桥梁的纵向刚度控制提供可靠的分析、计算基础。通过建立线桥墩一体化计算模型，并对桥梁模拟施加多种载荷，通过对梁轨作用力及无缝线路受力变形规律的分析，得到桥梁固定墩的纵向刚度限值，从而进一步确定梁形布置方式及固定墩的刚度，解决了现有技术中难以控制高墩大跨连续刚构桥纵向刚度的问题，填补了高墩大跨混凝土连续刚构桥在纵向刚度控制领域的空白。该方法使高墩大跨混凝土连续刚构桥的纵向刚度得到有效控制，使修建的桥梁在实际运用时，不仅满足高速铁路设计规范对桥梁结构的纵横向控制标准，而且还保证桥梁满足车桥耦合动力特性的要求，以及桥上无缝线路轨道稳定及强度的要求，为桥梁的设计及建造提供依据和参考。连续刚构桥的温度跨度是指刚构桥两端的伸缩量与桥梁温度变化量、桥梁材料的膨胀系数的积之比，由定义可以看出，刚构桥梁的温度跨度不仅随着桥梁温度的变化量有关，还与刚构墩的刚度有关，因此给定一座特定跨度的钢轨桥梁，只有在刚构墩的刚度确定时才能唯一确定刚构桥的温度跨度，因此根据连续刚构桥的跨度得到的温度跨度范围值并非准确的温度跨度值，而是为了计算方便，采用名义温度跨度，该名义温度跨度值为主跨的一半与边跨总长(可以认为是刚构墩刚度接近于零时的数)。高墩大跨混凝土连续刚构桥包括有砟轨道和无砟轨道两种，分别在有砟轨道、无砟轨道的前提下，基于多种工况条件计算的结果，得到不同轨温变化幅度、不同名义温度跨度条件下的桥墩纵向水平刚度最小值及为满足铺设桥上无缝线路需要采取的措施等。优选的，所述步骤b中，多种工况条件包括伸缩工况、制动工况、扭曲工况和断轨工况。基于伸缩工况、扭曲工况、列车制动工况以及断轨工况计算的结果，可以得到不同轨温变化幅度、不同名义温度跨度条件下的桥墩纵向水平刚度最小值，以及为满足铺设桥上无缝线路需要采取的措施等，从经济、美观等角度考虑，确定出桥梁的临界名义温度跨度及当桥跨较大时为铺设桥上无缝线路采取的措施。优选的，所述步骤c中，具体包括以下步骤：c1、检算在风载荷作用下的轨道不平顺矢度；c2、检算桥墩的纵向温度梯度载荷对无缝线路纵向受力情况；c3、检算由基础沉降造成的桥墩纵向偏转对线路平顺性的影响情况。所述c1～c3各步骤无特定次序要求。风载荷包括纵向风载荷和横向风载荷，在纵向及横向风荷载作用下，虽然线路的强度及稳定受到的影响比较小，但是其对线路的不平顺有影响，在风荷载比较大时，特别需要单独检算由于风荷载作用下的轨道不平顺矢度。温度荷载中，桥墩的纵向温度梯度荷载较大时会大幅度增加无缝线路纵向受力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高墩大跨混凝土连续刚构桥的纵向刚度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：a、建立线桥墩一体化计算模型，并将刚构墩简化为固定支座对应独立桥墩的方式；b、检算在不同工况条件下轨道的强度和稳定性；c、施加载荷，对连续刚构桥施加不同荷载，并检算各载荷对无缝线路受力变形的的影响情况，所述载荷包括风载荷、温度载荷和基础沉降产生的载荷；d、确定刚度限值，采用有限单元法分析梁轨相互作用力及相互位移，进行数值求解，确定固定墩纵向刚度限值；e、确定梁形布置类型及轨道处理措施，根据连续刚构桥的跨度得到其名义温度跨度，并根据该名义温度跨度和轨温变化幅度，确定梁形布置类型，并确定固定墩纵向刚度限值及轨道处理措施。

【技术特征摘要】
1.一种高墩大跨混凝土连续刚构桥的纵向刚度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：a、建立线桥墩一体化计算模型，并将刚构墩简化为固定支座对应独立桥墩的方式；b、检算在不同工况条件下轨道的强度和稳定性；c、施加载荷，对连续刚构桥施加不同荷载，并检算各载荷对无缝线路受力变形的的影响情况，所述载荷包括风载荷、温度载荷和基础沉降产生的载荷；d、确定刚度限值，采用有限单元法分析梁轨相互作用力及相互位移，进行数值求解，确定固定墩纵向刚度限值；e、确定梁形布置类型及轨道处理措施，根据连续刚构桥的跨度得到其名义温度跨度，并根据该名义温度跨度和轨温变化幅度，确定梁形布置类型，并确定固定墩纵向刚度限值及轨道处理措施。2.根据权利要求1所述的高墩大跨混凝土连续刚构桥的纵向刚度控制方法，其特征在于，所述步骤b中，多种工况条件包括伸缩工况、制动工况、扭曲工况和断轨工况。3.根据权利要求2所述的高墩大跨混凝土连续刚构桥的纵向刚度控制方法，其特征在于，所述步骤c中，具体包括以下步骤：c1、检算在风载荷作用下的轨道不平顺矢度；c2、检算桥墩的纵向温度梯度载荷对无缝线路纵向受力情况；c3、检算由基础沉降造成的桥墩纵向偏转对线路平顺性的影响情况。4.根据权利要求2所述的高墩大跨混凝土连续刚构桥的纵向刚度控制方法，其特征在于，所述步骤d后增加步骤d′：改变连续刚构桥的结构，提高其纵向刚度。5.根据权利要求4所述的高墩大跨混凝土连续刚构桥的纵向刚度控制方法，其特征在于，所述步骤d′中，包括将连续...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢勇，李锐，陈思孝，陈克坚，袁明，艾宗良，陈天地，李小珍，王平，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51