基本信息
- 项目名称：
- 铁路桥梁支座病害成因及处理方案研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 以邯济铁路跨京广铁路特大桥为对象，开展支座横窜成因的理论分析及解决方案研究。通过数值模拟与现场试验数据分析以及部分试验验证，找出诱发铰轴横向窜出的主要因素以及对列车运营的影响。在此基础上，开发设计一套简单易行的铰轴复位工装，达到彻底根治铁路桥梁支座铰轴横向窜移病害的目的，形成铁路摇轴（辊轴）支座铰轴窜出病害处理工法和成果。
- 详细介绍：
- 以邯济铁路跨京广铁路特大桥为对象，开展支座横窜成因的理论分析及解决方案研究。邯济铁路跨京广铁路桥为一座6×20m+87×32m单线特大桥，32m跨简支梁的梁图为：曲线梁：专桥2059A，直线梁：专桥2059B，均使用TGZ2600-HD和TGZ2600-GD型铸钢支座。该桥经过约10年的运营，特别是2010年以来，暴露出一些支座病害的问题。支座病害主要表现为活动支座的铰轴之横向移动或窜位，并由此而导致的约束铰轴的上挡板（或下挡板）鼓起变形、挡板螺栓被拉断或拔出、支座上下摆盘联结板扭曲变形等。我们通过理论分析和数值模拟的办法，建立车桥耦合动力计算模型，分析作用支座上的各种受力工况，得出最不利横向力，纵向力以及作用在挡板，螺栓上的力。利用车桥耦合动力计算的结果，局部建立摇轴支座的数值分析模型，详细分析铰轴钢支座的各项受力特点，包括梁部承压、上摆强度、铰轴承压、铰轴瓦凸榫处强度、下摆强度、横向限位挡板、锚栓抗剪以及支承垫石变形等等。根据理论分析和数值模拟的结果，得出摇轴支座铰轴窜出病害的原因和处理工法，为了验证分析的结果，我们根据需要进行部分试验。整个研究过程，我们利用科学的理论分析方法，利用先进的有限元分析软件midas建立车桥耦合动力模型和ANSYS软件建立实体模型，并结合试验，解决实际问题。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 支座是桥梁上、下部结构连接及传力路经上的重要部件。支座工作的正常与否直接影响桥梁的工作性能以及车辆的安全。以邯济铁路特大桥为对象，开展了支座铰轴横窜成因的理论分析及解决方案研究。通过数值模拟与现场试验分析，找出诱发铰轴横向窜出的主要因素以及对列车运营的影响。在此基础上，开发一套铰轴自动复位的装置，且不影响列车正常运营。达到彻底根治铰轴横向窜移病害的目的，形成铁路桥梁支座铰轴窜出病害处理方法和成果。
科学性、先进性及独特之处
- 通过理论分析和数值模拟的办法，利用midas软件建立车桥耦合动力计算模型，分析作用支座上的各种受力工况。利用ANSYS软件局部建立摇轴支座的数值分析模型，详细分析支座的各项受力，得摇轴支座铰轴窜出病害的原因，结合试验，开发铰轴复位装置，解决实际问题。该装置巧妙地利用了列车作用下铰轴摩擦力瞬间变小现象，通过装置提供持续的横向反力使铰轴复位，与传统顶梁法相比不影响列车正常运营。该装置同时具有普适性。
应用价值和现实意义
- 我国现在正处在大量建设的阶段，大建设的结束就是维护保养检修的阶段，目前我国早期建设的建筑物和构筑物也正处在这样的时期。桥梁支座随着使用年限的增加，会出现类似邯济铁路特大桥支座的病害，我们的理论分析成果以及我们的工装方案不但解决了邯济铁路特大桥的现有支座问题，对于今后出现的同类问题也可以直接利用我们的成果，同时知道病害的成因也为新建桥梁支座的安装提供了参考，在安装时期就可以避免支座出现类似问题。
学术论文摘要
- 为了保证桥跨结构的正常工作，既有铁路桥梁的支座很多都采用了辊轴（或摇轴）铸钢支座。在铁路桥梁实际运营中，多种因素如横向力、摩阻系数、加工精度、挡板连接件强度和刚度等可能诱发铰轴的横向移动或窜位，并由此导致约束铰轴的挡板鼓起变形、挡板螺栓被拉断或拔出、支座上下摆盘联结板扭曲变形等。铰轴窜位后，需要使其复位，否则影响列车的安全行驶。可以采用将桥梁顶起，释放作用在铰轴上的力，再将铰轴推入的方法复位，即顶梁法。但是，这样做需要封闭线路，导致列车在一定时段内停运。当桥上线路为无缝线路时，按顶梁法复位铰轴会更为复杂，封闭线路的时间会更长。因此，如果开发一种装置能够使横向窜位后的铰轴自动复位，不仅解决了辊轴支座铰轴的病害问题，重要的是不影响列车的正常运营。 本项目以邯济铁路跨京广铁路特大桥为实例分析案例，开展了支座铰轴横窜成因的理论分析及解决方案研究。通过数值模拟与现场试验分析，找出诱发铰轴横向窜出的主要因素以及对列车运营的影响。在此基础上，开发一套铰轴自动复位的装置，且不影响列车正常运营。达到彻底根治铰轴横向窜移病害的目的，形成铁路桥梁支座铰轴窜出病害处理方法和成果。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- 无
同类课题研究水平概述
- 当前国内外对于铁路桥梁支座病害的成因及处理研究的内容较多，但处理工法都较传统，一般出现支座病害多数采用顶梁法，即通过将铁路桥梁用千斤顶顶起后进行支座的更换或进行支座的修复。但是国内外对于支座铰轴横向窜出病害成因及处理方案的研究较少，对于支座铰轴横向窜出这一病害也可采用顶梁法处理，将桥梁顶起，释放作用在铰轴上的力，再将铰轴推入的方法复位。但是，这样做需要封闭线路，导致列车在一定时段内停运，会造成较大的经济损失。当桥上线路为无缝线路时，按顶梁法复位铰轴会更为复杂，封闭线路的时间会更长。 我们通过理论分析和数值模拟的办法，建立车桥耦合动力计算模型，分析作用支座上的各种受力工况。用车桥耦合动力计算的结果，局部建立摇轴支座的数值分析模型，详细分析铰轴钢支座的各项受力特点，找出诱发铰轴横向窜出的主要因素以及对列车运营的影响。在此基础上，开发设计一套简单易行的铰轴复位工装，达到彻底根治铰轴横向窜移病害的目的，形成铁路摇轴支座铰轴窜出病害处理工法和成果。不仅解决了摇轴（辊轴）支座铰轴的病害问题，重要的是不影响列车的正常运营。整个研究过程以科学的理论为依据并结合实践，具有科学性，先进性以及创新性。
