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Honam高速铁路的铁轨和结构的相互作用分析

  • 铁轨和结构的相互作用分析

  • 温度、加速度和制动荷载的评估

  • 引起的铁轨应力和轨道位移都在设计极限内

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Saman工程公司正使用LUSAS桥梁分析软件,对Honam高速铁路进行初步的设计工作。作为这个工作的一部分,对一段1.8km长的高架桥进行了铁轨/结构的相互作用分析。该高架桥是三跨钢箱中心截面的框架结构,横跨Iksan附近的Mangyeong河。列车的通过引起的加速度和制动力,在铁轨中产生轴向力。该轴向力被评估,并且轨道相对于桥面板的位移也被检测,以保证在指定的设计极限中。


概况

计划修建的Honam高速铁路,将连接韩国首都首尔和港口城市木浦。它将是韩国第二大高速铁路。韩国**高速铁路首尔至釜山线,已于2002年正式投入使用。该高架桥是Mangyeong河流沿途穿过的许多建筑物之一,它全长为1875m,包括不同跨径和构造的50跨。横跨河流的三个钢箱框架主跨的长度为60+75+60米,紧挨主跨两侧的为50m跨径的钢箱梁,剩余的为跨径在3035m的预应力混凝土箱梁。


铁轨分析

为了模拟桥梁,Saman公司使用了LUSAS铁轨分析程序。它可以根据国际铁路联合规范UIC774-3,来进行铁轨和桥梁的相互作用分析。程序可以从MS Excel电子表格中定义的数据,自动地创建模型,运行分析,并在电子表格中或以LUSAS的格式生成结果文件。建模时,桥梁被简化用梁单元来模拟轨道和支承结构,用非线性弹簧来模拟道渣和伸缩缝。支承和基础用简单的弹簧来模拟。在铁轨和结构中温度的改变,以及列车引起的加速度和制动力也必须被定义。温度的改变,以及列车以不同的加速度和制动力通过结构时,在铁轨中引起了轴向压力,并使铁轨相对于桥面板产生了位移。这些改变需要被评估,以确保在正常使用阶段这些数值保持在指定设计值以下。

UIC_Structural_System.jpg

UIC 773-3结构系统


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UIC 773-3 轨道/桥面板模拟


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列车荷载配置


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反向列车荷载配置

 

模拟和分析

Mangyeong河交叉处,Saman公司创建了两个LUSAS模型,来研究结构的响应。在一个模型中,用铁轨分析程序自动地生成的单一梁单元,来模拟桥面板和各跨结构。在另一个模型中,对初始的铁轨分析模型进行修改,添加了3跨框架钢箱部件,包括它们相应的几何和材料属性。这个独特的方法增加了分析的精度,通过对比两个模拟方法,证明了该方法是相当有效的。


结果

LUSAS铁轨分析获得的结果,Saman公司生成了对简单模型(仅使用梁单元)和完全模型(又模拟了框架钢箱结构)的结果图。这些图形显示了,由温度和加速度/制动荷载引起的铁轨轴向压力的变化。从图形中还可以看出,完全模型中产生的轴向压应力,要比简单模型中产生的要小——这个结果使Saman公司对结构设计更加放心。


Saman工程铁道部门的助理高级工程师Mr Jeongil Kim说:“正确地模拟道渣的非线性行为,以及道渣和铁轨的相互作用,并不是一件容易的事,而LUSAS铁轨分析程序能够自动地解决这个问题,这对我们处理这个项目非常有用。”他继续说到:“铁轨分析程序**的优点就是操作简单。即使模型被自动地创建,我们也仍然可以根据我们自己的需要进行修改,而且不会损坏原始模型。”


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对简单(仅梁单元)和完全(包括框架钢箱构件)模型中由温度和加速度荷载引起的铁轨轴向压应力


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对简单(仅梁单元)和完全(包括框架钢箱构件)模型中由温度和制动荷载引起的铁轨轴向压应力


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正确地模拟道渣的非线性行为,以及道渣和铁轨的相互作用,并不是一件容易的事,而LUSAS铁轨分析程序能够自动地解决这个问题,这对我们处理这个项目非常有用".

Mr Jeongil Kim, Engineering Manager, Saman Engineering

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