简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路可靠性分析
发布时间：2021-01-24 10:14
为分析关键因素对桥上嵌入式轨道无缝线路力学特性的影响,并基于可靠性理论对其进行评估,采用有限元法建立了简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路计算模型,选择高分子材料纵向阻力和梁体温差为随机变量,并根据实际工况确定了随机变量的分布类型和分布参数;通过中心组合试验设计方法设计了响应面试验,采用最小二乘法拟合了随机变量和响应之间的函数关系,从而建立了轨板相对位移关于高分子材料纵向阻力和梁体温差的二次多项式响应面模型,通过方差分析验证了所建立模型的正确性,并采用灵敏度分析方法对随机变量进行了参数敏感性分析;构建了桥上嵌入式轨道无缝线路长期服役性能的极限状态方程,综合运用蒙特卡洛法和响应面模型评估了简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路的可靠性。分析结果表明:梁体温差和高分子材料纵向阻力对轨板相位移的灵敏度系数分别为0.99和-0.08,梁体温差对轨板相对位移的影响远大于高分子材料纵向阻力;在考虑参数的随机性以后,温度作用下的轨板相对位移具有一定的离散性,其主要分布在4.0～6.5 mm范围内,且近似服从正态分布;在不采取特殊处理措施的情况下,不宜在年温差较大的地区建造桥上嵌入式轨道;提出的桥上嵌入式轨道无缝线路可...
【文章来源】：交通运输工程学报. 2020,20(04)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
嵌入式轨道示意
采用有限元法建立了简支梁桥上有轨电车嵌入式轨道梁轨相互作用力学分析模型,如图2所示。由于轨道板通过门型钢筋直接固定在梁体上,当桥梁结构在温度作用下产生变形时,轨道板由于门型钢筋的约束作用也将产生跟随性变形,因此,将轨道板和桥梁视为一体。计算模型中钢轨、轨道板和桥梁均采用梁单元模拟;高分子材料纵向阻力和桥墩台纵向刚度均采用线性弹簧模拟,其中模拟高分子材料纵向阻力的弹簧间距取0.1 m[26-27];为了消除边界效应对无缝线路计算结果的影响,在左右简支梁两侧分别建立长度为80 m的路基作为边界。目前常用无缝线路评价指标有轨板相对位移、钢轨强度和钢轨断缝值等,根据冯青松等[25]的分析结果可知,在简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路中,只有轨板相对位移接近其限值时才可能产生失效,而钢轨强度和断缝值均具有较大的安全余量,因此,本文选取轨道相对位移这一评价指标进行桥上无缝线路的可靠性分析。计算参数如表1所示。
表1 计算参数Tab.1 Calculation parameters 类别 参数 数值 60R2槽型轨 截面高度/cm 18 弹性模量/GPa 210 泊松比 0.3 线膨胀系数/℃-1 1.18×10-5 对水平轴的惯性矩/cm4 3 297 简支梁 弹性模量/GPa 35.5 泊松比 0.2 线膨胀系数/℃-1 1.0×10-5 对水平轴的惯性矩/m4 0.99 中性轴距上翼缘距离/m 0.71 中性轴距下翼缘距离/m 0.99 桥墩 纵向刚度/(kN·cm-1) 200 桥台 纵向刚度/(kN·cm-1) 1 500梁体温差受地区气候的影响较大,不同地区的梁体温差可能存在较大差异。且当梁体温差较大时,将会产生较大的轨板相对位移,可能会造成高分子材料的拉裂破坏。故本文选取中国东北寒冷地区的温度变化作为温度随机荷载。通过查阅相关气候资料可知,哈尔滨地区年降温幅度为47 ℃～18 ℃[29]。假设梁体温差也服从正态分布,均值为32.5 ℃,梁体降温温差分布在18 ℃～47 ℃范围内的概率为99.97%,根据正态分布的3σ准则,3σ2=14.5 ℃,即梁体温差的标准差σ2=4.83 ℃。本文所选取的2种随机变量及其概率分布类型和分布参数如表2所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]悬索桥初始内力与几何非线性对梁轨相互作用的影响[J]. 谢铠泽,赵维刚,蔡小培,刘浩,张浩. 交通运输工程学报. 2020(01)
[2]连续梁桥上有轨电车嵌入式轨道伸缩力分析[J]. 冯青松,孙魁,雷晓燕,刘庆杰,张鹏飞. 铁道科学与工程学报. 2019(01)
[3]列车荷载下桥上CRTS Ⅲ型板式无砟轨道挠曲力与位移[J]. 张鹏飞,桂昊,雷晓燕,高亮. 交通运输工程学报. 2018(06)
[4]桥梁温度分布情况对桥上无砟轨道的影响分析[J]. 冯青松,孙魁,徐金辉,雷晓燕. 铁道工程学报. 2018(11)
[5]基于神经网络的蒙特卡罗可靠性分析方法[J]. 陈松坤,王德禹. 上海交通大学学报. 2018(06)
[6]简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路优化分析[J]. 冯青松,孙魁,罗信伟,刘庆杰. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(05)
[7]简支梁桥上有轨电车嵌入式轨道纵向力分析[J]. 冯青松,孙魁,罗信伟,刘庆杰,张鹏飞. 铁道工程学报. 2017(11)
[8]有轨电车埋入式无砟轨道及关键部件型式研究[J]. 林红松,颜华. 铁道工程学报. 2016(06)
[9]连续梁桥上单元板式无砟轨道纵向变形的控制[J]. 陈嵘,马旭峰,田春香,罗华朋,王平. 铁道工程学报. 2016(01)
[10]高铁单线路基循环累积变形分析方法及其可靠度分析[J]. 陈仁朋,江朋,叶肖伟,顾湘生,曾长贤. 岩石力学与工程学报. 2016(01)
硕士论文
[1]地铁用嵌入式轨道桥上无缝线路研究[D]. 胡燚斌.西南交通大学 2017
[2]长大桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道断板影响与可靠性研究[D]. 梁淑娟.北京交通大学 2017
[3]现代有轨电车嵌入式轨道结构桥上梁轨相互作用研究[D]. 李现博.西南交通大学 2015
本文编号：2997069
【文章来源】：交通运输工程学报. 2020,20(04)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
嵌入式轨道示意
采用有限元法建立了简支梁桥上有轨电车嵌入式轨道梁轨相互作用力学分析模型,如图2所示。由于轨道板通过门型钢筋直接固定在梁体上,当桥梁结构在温度作用下产生变形时,轨道板由于门型钢筋的约束作用也将产生跟随性变形,因此,将轨道板和桥梁视为一体。计算模型中钢轨、轨道板和桥梁均采用梁单元模拟;高分子材料纵向阻力和桥墩台纵向刚度均采用线性弹簧模拟,其中模拟高分子材料纵向阻力的弹簧间距取0.1 m[26-27];为了消除边界效应对无缝线路计算结果的影响,在左右简支梁两侧分别建立长度为80 m的路基作为边界。目前常用无缝线路评价指标有轨板相对位移、钢轨强度和钢轨断缝值等,根据冯青松等[25]的分析结果可知,在简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路中,只有轨板相对位移接近其限值时才可能产生失效,而钢轨强度和断缝值均具有较大的安全余量,因此,本文选取轨道相对位移这一评价指标进行桥上无缝线路的可靠性分析。计算参数如表1所示。
表1 计算参数Tab.1 Calculation parameters 类别 参数 数值 60R2槽型轨 截面高度/cm 18 弹性模量/GPa 210 泊松比 0.3 线膨胀系数/℃-1 1.18×10-5 对水平轴的惯性矩/cm4 3 297 简支梁 弹性模量/GPa 35.5 泊松比 0.2 线膨胀系数/℃-1 1.0×10-5 对水平轴的惯性矩/m4 0.99 中性轴距上翼缘距离/m 0.71 中性轴距下翼缘距离/m 0.99 桥墩 纵向刚度/(kN·cm-1) 200 桥台 纵向刚度/(kN·cm-1) 1 500梁体温差受地区气候的影响较大,不同地区的梁体温差可能存在较大差异。且当梁体温差较大时,将会产生较大的轨板相对位移,可能会造成高分子材料的拉裂破坏。故本文选取中国东北寒冷地区的温度变化作为温度随机荷载。通过查阅相关气候资料可知,哈尔滨地区年降温幅度为47 ℃～18 ℃[29]。假设梁体温差也服从正态分布,均值为32.5 ℃,梁体降温温差分布在18 ℃～47 ℃范围内的概率为99.97%,根据正态分布的3σ准则,3σ2=14.5 ℃,即梁体温差的标准差σ2=4.83 ℃。本文所选取的2种随机变量及其概率分布类型和分布参数如表2所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]悬索桥初始内力与几何非线性对梁轨相互作用的影响[J]. 谢铠泽,赵维刚,蔡小培,刘浩,张浩. 交通运输工程学报. 2020(01)
[2]连续梁桥上有轨电车嵌入式轨道伸缩力分析[J]. 冯青松,孙魁,雷晓燕,刘庆杰,张鹏飞. 铁道科学与工程学报. 2019(01)
[3]列车荷载下桥上CRTS Ⅲ型板式无砟轨道挠曲力与位移[J]. 张鹏飞,桂昊,雷晓燕,高亮. 交通运输工程学报. 2018(06)
[4]桥梁温度分布情况对桥上无砟轨道的影响分析[J]. 冯青松,孙魁,徐金辉,雷晓燕. 铁道工程学报. 2018(11)
[5]基于神经网络的蒙特卡罗可靠性分析方法[J]. 陈松坤,王德禹. 上海交通大学学报. 2018(06)
[6]简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路优化分析[J]. 冯青松,孙魁,罗信伟,刘庆杰. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(05)
[7]简支梁桥上有轨电车嵌入式轨道纵向力分析[J]. 冯青松,孙魁,罗信伟,刘庆杰,张鹏飞. 铁道工程学报. 2017(11)
[8]有轨电车埋入式无砟轨道及关键部件型式研究[J]. 林红松,颜华. 铁道工程学报. 2016(06)
[9]连续梁桥上单元板式无砟轨道纵向变形的控制[J]. 陈嵘,马旭峰,田春香,罗华朋,王平. 铁道工程学报. 2016(01)
[10]高铁单线路基循环累积变形分析方法及其可靠度分析[J]. 陈仁朋,江朋,叶肖伟,顾湘生,曾长贤. 岩石力学与工程学报. 2016(01)
硕士论文
[1]地铁用嵌入式轨道桥上无缝线路研究[D]. 胡燚斌.西南交通大学 2017
[2]长大桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道断板影响与可靠性研究[D]. 梁淑娟.北京交通大学 2017
[3]现代有轨电车嵌入式轨道结构桥上梁轨相互作用研究[D]. 李现博.西南交通大学 2015
本文编号：2997069
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