考虑车桥耦合的下穿铁路斜交地道桥架空体系动态安全性研究

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目前我国正处于快速城市化进程当中,各大城市基础设施建设也在同步快速推进,大量公路与既有铁道线路平交道口开始出现。为提高平交道口的通行效率和人车通过的安全性,需要将既有铁道线路与公路之间的平交道口改造成立交形式。其中由于公路上跨穿越铁路方案引道较长,拆迁工程量大且影响城市景观,实际工程中较少采用。相对而言,公路下穿既有铁道线因占地面积小,节约城市用地,更符合城市景观要求而越来越受青睐,但下穿施工过程中需要架空加固既有铁道线路,这也成为线路施工控制的关键节点。本文依托西安市经九路陇海铁路立交工程,对其既有铁道线路架空加固体系的关键问题进行分析,可为依托工程和相关类似施工提供参考。本工程跨越多股线路,铁轨高程控制、线形控制等要求很高,线间距、线路走向各异,相差较大,架空体系组成和构造复杂,加之铁路线路营运繁忙,导致地道桥施工过程中架空体系受力复杂。需要深入研究架空体系的动态安全性,以保证大跨斜交框架地道桥顶推施工顺利进行和确保列车的安全通过。本文主要研究内容和成果如下:(1)为减小结构横向刚度对轨道变形的影响,根据横向加固机理对架空体系横向加固措施进行了研究,发现有必要对架空体系进行横向加固,然后利用有限元软件MIDAS/Civil采用“单点持续激励”的方法对架空体系进行了受力分析,结果表明结构设计合理可以承受列车荷载。(2)引入基于有限元的车线动力分析理论,采用多体动力学软件Universal Mechanism建立了车-线-桥相互作用多体动力学模型,分析了客运列车和货运列车的运行稳定性,并探讨了车体与架空体系的相关安全控制指标,建立了车桥系统的评价标准。(3)根据车桥相互作用多体动力学模型研究了不同因素影响下的车辆响应和桥梁响应,结果表明:在穿越施工过程中轨道线路不平顺等级应严格控制在AAR5级以上;列车以不超过60km/h的时速通过加固线路时,车桥系统工作良好,满足架空体系设计要求;当桥墩横向刚度变小时,车桥系统的动力响应增大,其对架空体系横向振动尤其是跨中横向位移的影响显著;桥梁阻尼因素对架空体系跨中横向和竖向加速度影响较显著,而对跨中的横向和竖向位移影响较小。(4)给出框架桥穿越既有线施工过程中相关注意事项,以供决策者参考,并为类似架空加固工程提出指导性建议。
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