[发明专利]一种轨道结构-超大跨度桥梁空间耦合静力模型构建方法

说明书

本发明提供了一种轨道结构‑超大跨度桥梁空间耦合静力模型构建方法。该方法包括：建立超大跨度桥梁及引桥有限元模型，建模对象包括梁体、桥塔、桥面板、桥墩支座、主缆及吊杆或斜拉索，依据桥梁构件对桥上无缝线路的影响程度对桥塔和桥面板进行简化建模；建立有砟轨道结构有限元模型，建模对象包括钢轨、扣件、轨枕和道床；对轨道结构‑超大跨度桥梁空间耦合静力模型施加温度、风、车等荷载，研究轨道的受力变形规律。本发明基于合理简化桥梁模型、精细化轨道模型的建模思路，所建立的线‑桥耦合模型，能准确反映出桥梁结构的特殊性对其上无缝线路力学特性的影响，该模型在保证计算结果精度的前提下，提高了建模效率，减少了建模过程中的报错率。

技术领域

本发明涉及桥梁与轨道结构之间相互作用技术领域，尤其涉及一种轨道结构-超大跨度桥梁空间耦合静力学模型构建方法。

背景技术

随着桥梁设计、建造水平的提高，为适应我国复杂的地形地貌，超大跨度桥梁逐渐应用于高速铁路下部基础。相较于普通桥梁，超大跨度桥梁结构体系较柔，易受多种荷载的影响且变形具有极强的非线性，在其上铺设无缝线路以后，梁轨之间的相互作用关系、线路的受力变形都将会与普通线桥结构有较大的差别。为能够准确反映出复杂环境下超大跨度桥梁空间变形对其上无缝线路的影响规律，需考虑提出一种适用于分析超大桥梁与轨道结构之间相互作用的线-桥空间耦合静力学模型。

目前，现有技术中的关于超大跨度桥梁与轨道相互作用的研究方法没有关注到桥梁结构的特殊性对其上无缝线路的影响，因此将超大跨度桥梁简化为连续梁桥进行模拟，仍沿用针对连续梁、简支梁桥上无缝线路的一套建模方法及研究思路来分析超大跨度桥上无缝线路的力学特性。

但随着越来越多的超大跨度铁路桥梁开通运营，实际工程中出现了许多既有研究方法及理论无法解决的问题。上述现有技术中的关于超大跨度桥梁与轨道相互作用的研究方法的缺点包括：这些方法仅对中小跨度桥上无缝线路的梁轨相互作用分析适用，难以适用于超大跨度桥-线结构，亟需建立考虑桥梁大变形几何非线性的、更精细化的轨道结构-超大跨度桥梁空间耦合静力学模型来开展研究。

但因为研究的重点是桥上无缝线路的受力变形，故超大跨度桥梁模型无需将桥梁的每个构件都建的十分细致，为提高建模效率及减少报错率，在不影响桥上无缝线路计算结果准确性的前提下，可适当的、合理的简化对梁-轨相互作用影响较小的桥梁构件的建模过程。对于重点关注的轨道结构，需考虑精细化的建模方法。

因此，对于超大跨度桥梁与轨道结构的梁-轨相互作用分析，要求一种高效的且能够准确反映超大跨度桥梁结构特殊性对桥上无缝线路空间静力学特性影响的建模方法。

发明内容

本发明提供了一种轨道结构-超大跨度桥梁空间耦合静力学模型构建方法，以实现为超大跨度桥上无缝线路的力学分析提供可靠的研究基础。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

本发明实施例提供的一种轨道结构-超大跨度桥梁空间耦合静力学模型构建方法的处理流程包括如下步骤：

步骤S1：建立超大跨度桥梁及引桥有限元模型，建模对象包括梁体、桥塔、桥面板、桥墩支座、主缆及吊杆或斜拉索，并依据桥梁构件对桥梁上无缝线路的影响程度，对桥塔、桥面板进行合理的简化建模，该步骤包括：

S11：超大跨度桥梁加劲梁中的各弦杆均采用可考虑剪切变形的欧拉-伯努利梁单元模拟，按实际截面属性建模，考虑杆件的截面积、惯性矩，相连杆件之间采用刚接；

S12：正交异性桥面板依据刚度等效原则简化成矩形板，采用壳单元模拟，按等效原则计算出的截面参数模拟；

S13：桥塔采用质量点模拟，建立与索/缆、主梁相连接的点以及一个位于主梁下部的质量点，刚化质量点，对主梁下部的质量点固结。

S14：悬索桥的主缆及吊索或斜拉桥的斜拉索采用只受拉不受压且考虑初应变的杆单元模拟，按实际结构属性进行建模；