风荷载对高墩大跨桥梁桥上无缝线路的影响

关键 词 ： 高墩 大跨 桥 梁 风荷 载 轨道 稳 定性
中图分 类号 ： Ｕ ２ １ ３ ． ２ １ ３ 文 献标 识码 ： Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ３ — １ ９ ９ ５ ． ２ ０ １ ３ ． １ ２ ． ０ ５
非线性弹簧单元 Ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ３ ９模 拟 ， 为 了消 除 模 型计 算 中 的边 界 效应 ， 需 在 桥梁 左 右 桥 台外 侧 建 立 一 定 长 度 的路基 。
位 的 高度 而异 ；
— —
地形 、 地理 条件 系数 。
作 用在桥墩 或者 梁体 上 的风 力 不仅 与其 距 地 面 的
铁 ２ ０ １ ３年 第 １ ２期
道
建
筑
Ｒａ ｉ ｌ ｗａ ｙ Ｅｎｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
文 章编 号 ： １ ０ ０ ３ — １ ９ ９ ５ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２ － ０ ０ １ ５ — ０ ４
风 荷 载 对 高墩 大 跨桥 梁 桥 上 无缝 线路 的影 响
模 。钢轨 用 Ｂ ｅ ａ ｍ １ ８ ８单 元 模 拟 。道 床 纵 向 阻力 采 用
式 中： Ｗｏ —— 基本 风 压 值 （ Ｐ ａ ） ， Ｗｏ ＝１ ３ ２ ／ １ ． ６ ， 为计 算 风速 ， 一 般 可参 照 “ 全 国基 本 风 压 分 布 图”， 并 通 过实 地调 查核 实后 采用 ； Ｋ． —— 风 载体 形 系数 ； Ｋ ： —— 风 压 高度变 化 系数 ， 风压 随离 地面 或常 水
拟分析 纵横 向风荷 载对桥 上无缝 线路 的影 响。分 析表 明 ： 桥 梁 梁体及 墩 台受到 的风载 作 用不会 引起 无缝
线 路 强 度 及 稳 定 性 问题 ， 仅 横 风 荷 载 较 大 时 可 能 会 造 成 桥 台及 各 墩 对 应 位 置 处 的 线路 不 平 顺 矢 度 超 限 。
按式（ １ ） 计 算
Ｗ ＝Ｋ ｌ Ｋ ２ Ｋ ３ Ｗ ｏ （ １ ）
建立 分析 桥墩 沉 降 的线一 桥一 墩一 体化 模 型 。利用 有 限元 软件 建模 ， 考 虑 到 梁体 、 桥 墩 控 制 截 面 的 渐变 ， 梁
和桥墩 采 用 Ｂ ｅ ａ ｍ １ ８ ８单 元模 拟 ， 并 用 有 限元 实 体 梁建
梁体 所起 的作 用 比较 小 ， 另 一 种 为 垂 直 线 路 方 向的 风 荷载 ， 这 种风 荷载 不仅 对桥 墩有 影 响 ， 对桥 梁梁 体本 身
也有 影 响 。
１ 计 算 背 景
１ ． １ 计算 模型 建模 计 算 中 ， 一 般 将 桥 墩 简 化 为 弹 簧 阻 力 模 型 ， 但对 于 高 墩 大 跨 桥 上无 缝 线 路 而 言 ， 这 种 简 化 模 型 没有 将桥 墩 、 梁体 及桥 上线 路进 行耦 合 ， 不 能分 析
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ６ — ０ ３ ； 修 回 日期 ： ２ Ｏ ｌ ３ ． Ｏ ９ ． ２ Ｏ
高度 有关 ， 还 与桥墩及梁 体的截 面形状 有关 。由于桥 梁 梁体及 桥墩都 是变截 面的 ， 因此不 能直接 将风压 乘 以截 面 的宽度得到 风力 的分 布线荷载施 加在 梁体 或桥墩 上 ，
梁， 桥 墩最 高达 １ ０ ３ ｍ， 总布 置 图如 图 １所 示 。桥 上铺
设 有砟 轨 道无缝 线 路 ， 全桥铺 设 常阻 力扣件 ， 不 设钢 轨 伸缩调节器。轨枕支撑 刚度采 用半枕支 撑刚度 １ ２ ０ ｋ Ｎ ／ ｍ ｍ， 扣 件 竖 向及 横 向刚度 均 采用 ５ ０×１ ０ 。 ｋ Ｎ ／ ｍ ｍ。 下 面 以该 桥为 例进 行计算 分 析 。
１ ． ３ 风 压 的施 加
图 １ 全桥立面布置 （ 单位 ： ｍ）
出桥 墩沉 降对 桥上 无 缝 线 路 的 具 体影 响 ， 因 此 这 种模
型具 有一 定 的局 限 性 。本 文 依 据 梁 轨 相 互作 用 原 理 ，
根据《 铁路 桥涵 设计基 本 规范 》 ， 风 荷载 强度 可
高 墩 桥 梁 由于 桥 墩 的高 度 比普 通 桥 梁 的 要 高 很 多， 这 使 得其 刚度 的 降低值 就 比较 大 ， 在相 同风 荷载 影
１ ． ２ 计 算 参数 某 大 桥全 桥位 于 平 坡 直线 地 段 ， 桥 跨 布 置 形 式 为
（ ８ ９＋１ ８ ９＋８ ９ ） ｍ 连 续 刚构 ＋（ ３ ３＋５ ６＋３ ３ ） ｍ 连 续
基金项 目： 国家 自然 科 学 基 金 委 高铁 联 合 基 金 重点 项 目（ Ｕ１ ２ ３ ４ ２ ０ １ ）
作者简介 ： 刘浩 （ １ ９ ９ ０ 一 ）， 男 ， 山 东 菏泽 人 ， 硕 士研 究 生 。
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响下 墩顶 的位 移 就 比较 大 ， 从 而 带 动 桥 梁 梁 体 位 移 使
无 缝 线路 产 生附加 力 ， 进 而影 响 桥 上 无 缝 线 路 的 受 力 状态 … 。因此 有 必 要 针 对 高 墩 大 跨 桥 梁 研 究 风 荷 载 对桥 上无 缝 线 路 的影 响。ห้องสมุดไป่ตู้本 文 主 要 研 究 以 下 两 种 情 况， 一 种 为沿 线路 方 向 的风 荷 载 ， 这 种 风荷 载对 于桥 梁
刘 浩 ， 朱 浩 ， 王 平 ， 陈 嵘
（ 西南交通大学 高速铁路线 路工程教育部重点实验 室 ， 四川 成 都 ６ １ ０ ０ ３ １ ）
摘要 ： 高墩 大跨桥 梁一般 柔性 较 大 ， 在 风荷 载 的作 用下 会 发 生较 大 的纵 横 向 位 移 ， 使 桥 上 无 缝 线路 偏 离 原 来 的设计 位置 ， 加 大 了线路 失稳 的 可能性 。本文通 过 大型 有 限元软 件 建 立桥 墩一 梁体一 轨道 模 型 ， 模