1、 黑龙江省黑龙江省黑龙江省齐齐哈尔铁路工程学校齐齐哈尔铁路工程学校齐齐哈尔铁路工程学校毕业论文课题名称： 桥上无缝线路温度伸缩力的分析与研究 学生姓名： 徐志磊学 号： 导航仪 笑话大全 脱毛膏 专 业： 铁道工程 班 级： 工程 0864 班 指导教师： 关晶年 月桥上无缝线路温度伸缩力的分析与研究摘要： 导航仪 笑话大全 脱毛膏介绍了高速铁路三跨简支梁桥上无缝线路固定区温度伸缩力的试验研究成果，通过实测及理论计算，分析了温度伸缩力在墩台及钢轨上的分布情况。 关键词：无缝线路；简支梁桥；应力；位移；温度；测试；计算 一、 概述 导航仪 笑话大全 脱毛膏无缝线路是把标准长度的钢轨焊接而成的长钢
2、轨线路。桥上无缝线路，具有减轻车轮对桥梁的冲击，改善车桥的运营条件，减少养护维修工作量等优点。但桥上无缝线路受力情况与路基上存在明显不同：在温度荷载的作用下，不仅钢轨因约束作用，不能自由伸缩，在其内部产生很大的作用力( 称为 温度力) ，且钢轨还受到梁伸缩引起的相互作用力(称为伸缩力)的作用口 通过试验确定桥上无缝线路伸缩力的大小，并在此基础上建立可用于伸缩力计算的线桥一体化模型是高速铁路桥上无缝线路温度伸缩力分析与研究的一个重要目的。本文介绍了对无缝线路固定区某三跨简支梁桥上温度伸缩力进行的试验研究成果。 二、 梁轨一体化模型构造参考时速 200 公里新建铁路线桥隧站设计暂行规定(以下简称暂
3、行规定) 的 规定，采用有限元程序构造轨道与 桥梁共同作用力学模型引，模型构造示意见图 1。计算模型中桥头两侧路基上钢轨长度取为 L+40 m 一 72 m。道碴层等效为带刚度的连杆，连杆距离L 一 1 m，连杆刚度由道碴纵向位移阻尼系数 R 和 H 换算而得。主梁 为梁单元，跨径 32 m 梁单元布置在梁体中性轴上，其与上部道碴及下部支座的距离分别用上刚臂及下刚臂等效代替。桥墩简 化为梁单元，为与支座相连， 桥墩 顶面设置一水平刚臂，支座置于刚臂上。墩、梁的截面参数按实际尺寸确定。 三、 温度伸缩力测试 1、与伸缩力有关的温度测试 温度伸缩力试验从 12 月 29 日上午 9：00 时起至次
4、日上午 9：00 止，每 4 h 测量 1 次。钢轨及主梁温度测量采用高精度点温计进行测量，大气温度采用 2 支水银温湿度计进行测量。试验实测环境、主梁和钢轨日温度变化曲线绘于图 2。实测最大日环境温差为一 140 ，实测最大主梁温差为一 55 ，最大钢轨温差为一 147(温差以升温为正，降温为负) 。轨温对环境温度的敏感性较大。2、墩顶及支座位移测量 墩顶位移及支座纵向位移均采用电子位移计进行测量。图 3 及图 4分别为根据测量结果绘制的墩顶位移时程曲线及 1 个测量周期内温度墩顶位移变化曲线。图中位移测量值以 12 月 29 日上午 9：00 时的测值为基准；墩顶位移以向 3 号台侧相对移
5、动为正，以向 0 号台侧相对移动为负。由图 3 可知，在温度升高阶段，1、 2 号墩顶均向 3 号台侧作相对移动；在温度下降阶段，1、 2 号墩顶均向 0 号台侧作相对移动。在 1 个周期的测量时间内，最大升温测量时段为 12 月 30 日凌晨 5：00 至上午 9：10，对应温度升幅为 87 ，该时 段 1、2 号墩墩顶位移分别为 0233 mm、0398 mm。最大降温 030 测量时段为 12 月 29 日下午 13：40 至 17：40，对应温度降幅为一48 ，1、2 号墩的墩 顶位移分别为一 0156 mm、一 0245 mm。在实测日温度下降区间，最大桥址环境温差为一 140，最大
6、主梁温差为一55 ，最大 钢轨温差 为一 147时，实测 1、2 号墩墩顶最大相对位移分别为一 0411 mm、一 0625 mm。据此，根据实测墩身纵向水平刚度值，可计算在降温区间 1、2 号墩墩顶所受的相对水平力分别为 454 kN、622 kN。所谓相对水平力是因为此力并非桥墩实际承受的水平力，而是降温终点相对于降温起点时，墩顶纵向水平力的变化值。由图 2 及图 3，由于 1 个测量周期(24 h)内升温时段只 8 h 左右，因此墩顶位移变化曲线与温度变化曲线一样在升温阶段变化较快。在降温阶段从下午 3：O0至晚 21：O0 时，墩顶位移变化速率较大，此后墩 顶位移变化趋于平缓。图4 表
7、明，墩顶位移基本与温度呈比例变化，且 1 号墩的变化斜率略大于 2号墩，这与实测 1 号墩墩顶纵向水平刚度大于 2 号墩是相符合的。若取梁相对于桥墩或桥台向 3 号台方向移动为正，反之为负，则在降温区间从活动支座向固定支座方向，各支座的相对位移值分别为 0722，一0242，0873，一 0276，1495，一 0407 mm。在降温过程中各固定支座均相对 0 号台侧移动，活动支座均相对向 3 号台侧移动，即主梁在降温过程中处于相对收缩阶段。由于降温时，各墩顶位移均指向 0 号台侧，因此以 3 号台侧边跨主梁两端的两支座位移最大。固定支座存在的位移量，可能是由于支座装配间隙引起的。对支座及墩顶
8、位移相互关系进行综合考虑，可绘制全桥墩顶及支座实测位移示意，见图 5。算出，由秦皇岛侧至沈阳侧 3 片梁在考虑纵向约束后的收缩量分别为 1375，一 1363，一 1277 ram(负号表示主梁相 对缩短) ，实测 3 片梁总的收缩量为一 4015 mm。 3、墩身应力测量 墩身底截面应力采用表面电阻应变片进行测量。实测墩身底截面应力结果表明：在升温时，1 号_及 2 号墩身所受温度水平力均指向 3 号台方向；而在降温阶段，墩身所受温度水平力指向 0 号台方向。在实测日温度下降区间，根据应变测量结果进行的计算表明：1、2 号墩身所受的相对水平力分别为 554 kN、602 kN。与按墩顶位移及
9、实测桥墩纵向刚度计算的温度下降区墩身所受的相对水平力 454kN、622 kN 相比，两种测量途径的最终测量结果基本吻合。 4、钢轨应力 气温变化时，固定区钢轨本身只有温度力的变化而无位移，主梁则会发生伸缩变化。固定区钢轨温度力产生的钢轨应力通过应变测量方法难于直接观测，而固定区钢轨产生的温度力仅与轨温变化幅度及钢轨横截面积有关，因此根据自由轨在温度荷载作用下的伸缩量，即可推算温度力在固定区钢轨上产生的应力值。主梁伸缩将带动桥上及两端路基上一定范围内的钢轨发生位移，从而在钢轨内部产生由于伸缩力引起的应力。由于存在钢轨的相对移动，可通过测量钢轨应变，确定伸缩应力的大小。钢轨应力测点沿桥轴向布设间
10、距为 4 m，采用 标距为 500 mm 的手持式应变仪测量，同 时在 1 根自由轨上布置温度力测点。图 6 为根据实测结果绘制的全桥钢轨伸缩应力随时间变化曲线(计算基准为 12 月 29 日 9：00)。图中应力值为主梁温度伸缩力对钢轨产生的相对附加应力值，而不包括钢轨温度力产生的应力值。在桥上无外荷载作用，实测钢轨伸缩应力值随m l3：40 17：40 22：22 一次日 01：11 一次 Uo5：00 一一次口09：10 温度变化而波动，无论升温或降温过程，三跨简支梁桥上钢轨应力峰值均出现在伸缩缝或简支梁跨中附近部位。对于同一温差引起的钢轨应力值，全桥钢轨伸缩力图受压区及受拉区的面积基本
11、相同，这是符合梁轨相互作用原理的。表 1 列出了桥上关键点处从降温起点至降温止点实测应力相对变化幅值。 表 1 部分测试位置降温时应力变化幅值 由表 1 可知，在实测最大轨温下降幅为一 14+7时，钢轨伸缩力除在 3 号台顶外，其余各伸缩缝处均表现为拉力，且均为应力变化峰值点，而跨中处均表现为压力，除第三跨跨中外也为应力变化峰值点，第三跨压应力峰值点位于 34 跨处。在降温过程中，实测钢轨最大相对拉应力为756 MPa，发生在 2 号墩墩顶钢轨截面，实测钢轨最大相对压应力为一609 MPa，发生在第三跨 34 跨钢轨截面，相应钢轨伸缩力分别为586 kN、一 471 kN。从 0 号台至 3
12、号台，在降温过程中，4 个伸缩缝处的钢轨所受温度伸缩力分别为 910，814，72， 292 kN线，以拉力为正。 自由轨的测值实际上代表了无缝线路固定区在实际测量周期内钢轨温度应力的变化过程，见表 2。表 2 中实测应力代表了在相应温度荷载作用下固定区钢轨的温度力在钢轨内部产生的应力变化值，并非自由轨的应力值。 表 2 钢轨温度力测量结果 由表 2 可知，在实测钢轨温差一 147作用下，钢轨的实测温度应力变化幅为 3696 MPa，为拉应力，即钢轨 所受温度力为 2863 kN。将此值与在此温差作用下，钢轨伸缩力变化幅相叠加，则在降温过程中 4 个伸缩缝处钢轨所受相对力分别为 3318， 3269，3448，2716 kN，均为拉力。其中温度伸缩力所占比例分别为 137 ，125 ，170 9，6，一 54 ，在同等气温条件下，固定区三跨简支梁桥上钢轨伸缩力所占钢轨温度力的比例较小，最大约为 170 。 四、理论计算与实测结果比较 使用第 2 节所构造计算模型，按混凝土主梁降温55考虑，对温度伸缩力对三跨简支梁桥的影响进行了计算。图 7 为降温区间全桥钢轨温度伸缩应力计算与实测分布图。计算与实测分布的比较表明，二者分布规律基本相同，计算模型基本可以反映实测温度伸缩力的变化规律，但是
