[发明专利]高铁大跨度混合梁斜拉桥与无砟轨道相互作用建模方法

说明书

高铁大跨度混合梁斜拉桥与无砟轨道相互作用建模方法，包括如下步骤：S1：建立大跨度斜拉桥模型和混合梁用梁单元模拟；S2：建立无砟轨道模型，轨道板和底座板采用非线性纤维梁单元模拟，钢轨采用梁单元模拟，扣件纵横向阻力、弹性垫层采用非线性弹簧模拟，轨道板与底座板之间的聚丙烯土工布、凸形挡台、底座板与桥梁之间的剪力钉和墩顶抗推刚度采用线性弹簧模拟；S3：对无砟轨道模型施加温度、竖向活载和列车制动，并研究模型中钢轨、轨道板、底座板的受力规律。本发明可进一步丰富无砟轨道设计理论体系，为桥梁及无砟轨道设计、养维技术标准的完善提供科学依据。

技术领域

本发明涉及一种涉及桥梁与无砟轨道之间相互作用的建模方法，具体涉及一种高铁大跨度混合梁斜拉桥与无砟轨道相互作用建模方法。

背景技术

无砟轨道结构具有整体性好，稳定性好，耐腐蚀，可有效减少轨道的养护维修，轨道几何形位易于保持等优势，在我国中小跨度高速铁路桥梁上应用广泛。然而，对大跨度桥梁而言，桥梁温度跨度大导致其钢轨承受着巨大的纵向力温度力，大跨度桥梁结构体系较柔导致梁端转角变形大，因此，目前国内外高速铁路大跨度桥梁上往往采用有砟轨道结构。而有砟轨道运行平顺性、耐久性均低于有砟轨道，且道床维修工作量大，运营管理和维修成本高。为减少大跨度桥梁及两端桥上轨道类型、减少维修工作量和养护设备种类，减轻桥梁二期恒载降低造价，提高大跨度桥梁梁端道床稳定性，实现更大跨度桥上铺设无砟轨道具有重要意义。

为研究大跨度斜拉桥上无砟轨道的适应性，需要知道高铁大跨度混合梁斜拉桥的各结构与无砟轨道结构相互之间的作用形式及作用力等信息，实体研究成本太高，不现实，因此通过建模的形式来进行研究可大大节省成本而且信息获取较为迅速。但是现有技术中未见有相关报道和记载。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种高铁大跨度混合梁斜拉桥与无砟轨道相互作用建模方法，它具有考虑周全，计算合理，能够贴近实际情况的优点，可进一步丰富无砟轨道设计理论体系，为桥梁及无砟轨道设计、养维技术标准的完善提供科学依据。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种高铁大跨度混合梁斜拉桥与无砟轨道相互作用建模方法，包括如下步骤：

S1：建立大跨度斜拉桥模型和混合梁用梁单元模拟，混合梁采用截面为钢梁与混凝土桥面板的梁单元模拟，斜拉桥的桥塔和混凝土桥面板采用非线性纤维梁单元模拟，斜拉索采用索单元模拟，桥墩与梁塔间的阻尼支座采用非线性弹簧模拟；

S2：建立大跨度斜拉桥上的无砟轨道模型，轨道板和底座板采用非线性纤维梁单元模拟，钢轨采用梁单元模拟，并模拟钢轨的伸缩调节器对无砟轨道模型的影响，扣件纵横向阻力、弹性垫层采用非线性弹簧模拟，所述轨道板与底座板之间的聚丙烯土工布、凸形挡台、底座板与桥梁之间的剪力钉和墩顶抗推刚度采用线性弹簧模拟；

S3：对无砟轨道模型施加温度、竖向活载和列车制动，并研究模型中钢轨、轨道板、底座板的受力规律。

作为上述技术方案的进一步改进：所述步骤S1中通过定义混凝土材料的非线性，采用Takeda滞回模型模拟钢筋混凝土，其次采用Mander-Confined模型模拟箍筋的约束作用。

进一步，所述步骤S2中的扣件纵横向阻力、弹性垫层的非线性约束参数，轨道板与底座板、底座板与桥梁的线性约束参数按照现行规范或实测结果取值。

进一步，所述步骤S2中将钢轨伸缩调节器考虑成一个断轨，模拟其对无砟轨道模型的影响。

进一步，所述步骤S1中在混合梁中性轴处采用带刚臂的梁单元模拟桥梁主体，并采用空间鱼骨模型进行模拟大跨度斜拉桥模型。

进一步，所述步骤S2中常阻力和小阻力扣件纵向阻力按下式取值：