Phân tích kết cấu dầm cầu với ray đường sắt Hiếm

Điều kiện thử 2.1 Kiểm tra các trường hợp trong tiêu chuẩn UIC774-3 2.2 Phương pháp phân tích và các ứng dụng 2.3 Miêu tả từng phương pháp phân tích 2.3.1 Tách phân tích tải trọng nhiệt

Tương Tác Kết Cấu Đường Ray

Revision Date : August 31, 2012 Program Version : Civil 2013

00 Contents

01 Tổng quan

02 Điều kiện thử

2.1 Kiểm tra các trường hợp trong tiêu chuẩn UIC774-3 2.2 Phương pháp phân tích và các ứng dụng

2.3 Miêu tả từng phương pháp phân tích 2.3.1 Tách phân tích tải trọng nhiệt độ (Thermal Load), gia tốc/ lực hãm phanh và lực thẳng đứng

2.3.2 Phân tích giai đoạn cho tải trọng nhiệt độ (Thermal Load), gia tốc/ lực hãm phanh và lực thẳng đứng

2.4 Tải trong nhiệt độ 2.5 Gia tốc và hãm phanh 2.6 Lực thẳng đứng

03 Điều chỉnh mô hình

3.1 Hình thành điều chỉnh mô mình 3.2 Sử dụng chức năng phân tích theo giai đoan của midas CIVIL để phân tích giai đoạn

04 Kiểm tra kết quả

4.1 UIC774-3 trường hợp kiểm tra E1-3 4.1.1 Kiểm tra tính chất mô hình 4.1.2 Mô hình

4.1.3 Tác dụng nhiệt độ 35°C lê bản mặt 4.1.4 Tác dụng nhiệt độ 50°C lên thanh ray 35°C cho bản mặt 4.1.5 Ứng suất lớn nhất từ phân tích tách riêng

4.1.6 Áp dụng tải trọng tàu khi biến dạng đã hiện hữu do tải trọng nhiệt độ đã được

áp dụng vào thanh ray và mặt cầu

4.1.7 Ứng suất lớn nhaats phụ thuộc vào các vị trí của tải trọng tàu hỏa 4.2 UIC774-3 trường hợp kiểm tra E4-6

05 Tổng kết

01 Tổng quát

Các thanh dầm được hàn liên tục trên cầu được kết nối với kết cấu cầu bằng các tấm ballast

và thế, Cầu và thanh ray tương tác khi có tải trọng áp dụng lên Khi tải nhiệt được áp dụng,

nở rộng hoặc co rút xuất hiện trong cây cầu và đường sắt Bây giờ đường sắt được hỗ trợ bởi các điểm nối nhanh, nối chữ thập, chấn lưu, vv, nở rộng và co rút được kiềm chế và phù hợp, Lực dọc trục được tích lũy trong đường sắt Và vì tải từ mặt cầu được chuyển giao với đường sắt qua chấn lưu, lực dọc trục xảy ra trong đường sắt hàn liên tục Cùng đó lực phanh và gia tốc của tàu gây ra lực dọc trục, và các thay đổi momen uốn của sàn do tải trọng thẳng đứng gây ra lực dọc trục

Hình ảnh trên là biểu đồ lực dọc trục cho thay ray hàn liên tục trên cầu Ứng suất thêm trong thanh ray được so sánh với trạng thái ứng suất thêm vào cho phép trong tiêu chuẩn tải trọng nhiệt, gia tốc/ lực hãm phanh và tải trọng thẳng đứng tách biệt, để kiểm tra độ an toàn

Bài báo cáo kỹ thuật này là tài liệu nghiên cứu sửa đổi lực dọc trục trong thanh ray hàn liên tục sử dụng nhiều liên kết đàn hồi tuyến tính (Multi-Linear Elastic Link) Thí nghiệm đã được tiến hành theo UIC774-3

liên tục

trong ray tàu Lực dọc trục

|Axial force in the continuous welded rail |

02 Điều kiện kiểm tra

2.1 Kiểm tra theo tiêu chuẩn UIC774-3

UIC774-3 đề nghị rằng kiểm tra phải tuân thủ theo 1.7.1 và lỗi sai phải nhỏ hơn 10% Tuy nhiên, khi mà chúng vẫn an toàn trên thanh trượt, lỗi sai 20% là cho phép Trong rất nhiều trường hợp thử được lập ra từ tiêu chuẩn, nhưng trong ví dụ này chúng ta chỉ xem xét dến 2 trường hợp E1-3 và E4-6

Case No.

Deck Type

Span (m)

Direction of train load

K Long



(KN/m)

E (KN/m 2 )

I (m 4 )

H (m)

S (m 2 )

|Thử mô hình cho nhịp ngắn UIC774-3 |

H

|Loại mặt cầu sử dụng để thử UIC774-3 |

H

0.3

Các loại bản mặt cầu sử dụng cho thí nghiệm như trên và các tính chất được danh sách như bảng phía dưới E à mô đun đàn hồi, I là mô men quán tính, H là chiêu cao và S là diện tích mặt cắt Để đơn giản hóa, Trục trung hòa của dduowgf ray được giả sử nằm trên cùng của mặt cầu Các tính chất không được thể hiện ở dưới được giả sử phù hợp

 K Long: Mô men đàn

hồi trong phương dọc

cầu cho gối cầu Trong

mô hình thí nghiệm Độ

cứng điểm tiếp xúc

được nhập

02 Các điều kiện kiểm tra

2.2 Phương pháp phân tích và áp dụng

Dưới tải trọng nhiệt độ, khuôn đường được biểu thị bằng liên kết đàn hồi đa tuyến tính, thể hiện sức kháng trong trạng thái dỡ tải Dưới tải trọng đường ray (gia tốc/lực hãm phanh, tải trọng thẳng đứng),gia tải nền khuôn đường được biểu thị bằng liên hết đàn hồi đa tuyến thể hiện sức kháng trạng thái gia tải

Theo tiêu chuẩn UIC, Các phương pháp phân tích mô tả phía dưới có thể sử dụng cho phân tích tương tác cầu xe lửa sử dụng phần mềm Dựa vào phần mềm, các phương pháp có thể được đưa ra, nhưng chú ý ằng nó có thể xuất hiện lỗi giữa 2 phương pháp phân tích

1) Phân tích riêng biệt về biến đổi nhiệt độ, gia tốc/ lực hãm phanh và tải trọng dọc

Có hai hoặc nhiều mô hình phi tuyến có mỗi tải một mình được phân tích và kết quả được kết hợp Đây là cách đơn giản nhất để phân tích sự tương tác cầu đường sắt vì nó giả định rằng sự chồng chéo của các kết quả phân tích được cho phép, điều này thường không được phép trong phân tích phi tuyến Theo tiêu chuẩn UIC774-3, có thể xảy ra lực căng trên 20% ~ 30% trong đường sắt

2) Phân tích theo giai đoạn cho biến đổi nhiệt độ, gia tốc/ lực hãm phanh và tải theo chiều dọc

Chức năng phân tích giai đoạn thi công giữa các phương pháp trong CIVIL được sử dụng Trước khi áp dụng tải trọng đường sắt, ti trọng nhiệt ảnh hưởng đến cấu trúc Sự dịch chuyển ban đầu này được phản ánh trong phân tích trong giai đoạn tải trọng đường sắt

Nếu so sánh được thực hiện giữa hai phân tích, nói chung, phân tích theo từng giai đoạn làm giảm áp suất nén trong đường ray bên dưới tàu vì vùng ảnh hưởng lớn hơn trong phân tích

đã phân tích so với phân tích riêng biệt

Do đó, phân tích riêng lẻ đánh giá quá cao lực kéo bởi vì sức cản của chấn lưu mà tại đó tải tàu được áp dụng được ước tính là sức cản dưới tải của tàu cùng với sức cản dưới tải nhiệt, thay vì chỉ tính kháng bằng tải trọng tàu

| Sức kháng dọc của nền khuôn đường|

Chuyển vị dọc của đường ray

1 Dữ liệu nhận được

2 Lý tưởng hóa đường cong song tuyến (dưới tải trọng tàu hỏa)

3 đường cong song tuyến khi tải trọng

ko áp dụng

Kháng dọc

khuôn đường

02 Các điều kiện kiểm tra

2.3 Mô tả mỗi phương pháp phân tích

2.3.1 Phân tích tách biệt cho tải trong nhiệt độ, gia tốc/ lực hãm phanh và lực thẳng đứng

Do ảnh hưởng của nhiệt độ không được biết, nên ứng suất và sức cản ban đầu của cấu trúc trước khi tải tàu được giả định bằng không Nói cách khác, hai hoặc nhiều mô hình phi tuyến

có mỗi tải được phân tích riêng và kết quả của chúng được kết hợp Đây là cách đơn giản nhất

để phân tích sự tương tác của cầu đường sắt và nó giả định rằng có thể cho phép chồng chéo kết quả, điều này thường không được phép cho phép phân tích phi tuyến

Khi tải nhiệt được áp dụng riêng biệt, sức cản ban đầu của thanh ballats đến hướng ngang theo đường cong "Unloaded Stiffness" đến "Hạn mức kháng của đường không tải" Nghĩa là

nó đi theo đường cong "Unloaded Stiffness" cho đến khi nó đạt tới "Thermal Alone"

Ngoài ra, nếu tải xe lửa được áp dụng riêng, sức kháng ngang bắt đầu từ điểm “Thermal Alone" và đi theo đường cong "Tải trọng" cho đến khi đạt được "Tải trọng riêng biệt được thêm vào Nhiệt" Các phân tích tải đường sắt sử dụng "độ cứng tải", nhưng kết quả cuối cùng thu được bằng cách kết hợp kết quả phân tích tải bằng tàu với kết quả phân tích tải nhiệt Kết quả là, sức kháng chống lại tải phụ "Sự gia tăng rõ ràng của sức cản của đường tải" bên cạnh tải năng suất dưới trạng thái "Loaded" Do đó, sự căng thẳng trong đường sắt bị đánh giá quá cao

02 Testing Conditions

2.3.2 Phân tích giai đoạn cho tải trọng nhiệt độ, gia tốc/ lực hãm phanh và lực thẳng đứng.

Trước khi tải trọng đường sắt, nhiệt độ có ảnh hưởng đến cấu trúc Trạng thái ban đầu của sức khãng được tính đến trong quá trình vận chuyển Nói cách khác, khi sự dịch chuyển tương đối của đường ray đến cầu đã xảy ra do tải nhiệt độ, nếu tải đường sắt được áp dụng đến một vị trí nhất định, hành vi của đường nằm tại đó tuyến tàu sẽ chuyển từ

"Unloaded Bi-Linear Curve "với đường cong" Bi-Linear Loaded ", và sự dịch chuyển và lực nội tại đường ray và cấu trúc do tải nhiệt độ được duy trì

Giống như phân tích riêng, ở giai đoạn nạp nhiệt, điện trở đạt đến “Thermal Alone"

Sự khác biệt lớn nhất của phân tích được phân đoạn so với phân tích riêng được giải thích dưới đây Tải trọng tàu được áp dụng trong khi vận chuyển và lực nội tại do tải nhiệt được duy trì Điện trở chuyển sang đường cong "Đường cong tải" trên đoạn đường tải trọng đường Điện trở nằm ngang theo đường cong "Độ cứng tải" từ vị trí "Nhiệt Alone", nhưng giới hạn từ nguồn gốc đến "Giới hạn kháng của đường nạp", không phải từ "Nhiệt Alone" Giới hạn được chỉ ra bởi "Phân tích Giai đoạn Xây dựng (Vị trí bị biến dạng)"

Bài báo này so sánh phân tích riêng với phân tích theo từng giai đoạn cho các mô hình kiểm tra trong tiêu chuẩn UIC để chứng minh độ tin cậy của các phương pháp mô hình hoá midas CIVIL giữa các phương tiện và các kết quả phân tích

|Temperature variation for the continuous welded rail analysis|

2.4 Tải trọng nhiệt

02 Các điều kiện kiểm tra

Các lực dọc xảy ra trong đường sắt hàn liên tục khi lực giãn nở hoặc thu hẹp do biến đổi nhiệt độ được tích lũy trong đường ray Do đó, sự thay đổi nhiệt độ là tham số chính cho lực dọc trong đường ray hàn liên tục Bảng dưới đây cho biết các biến thể nhiệt độ được quy định trong mỗi mã quốc gia

Trong bài báo này, sự thay đổi nhiệt độ quy định trong Mã UIC được áp dụng cho đường sắt

và cầu bê tông

· Đường sắt : T=+50 ℃

· Cầu bê tông : T=+35 ℃

Tiêu chuẩ đường ray

Thời tiết bình thường:△T=±35 ℃ Thời tiết lạnh:△T=±45 ℃

△T=±35 ℃ Nhiệt độ lớn nhất giữa bản mặt và ray: ±20 ℃

△T=±35 ℃

Tiểu chuẩn thiết kế đường ray (Korea)

Nhiệt độ trung bình

20 ~25 ℃ (± 3℃) Nhiệt độ ray lớn nhất 60 ℃ Nhiệt độ ray nhỏ nhất -20 ℃

±15 ℃

△T=±35 ℃ (thời tiết bình thường)

(temp var -20~+50 ℃)

△T=±45 ℃ (cold climate) (temp var -30~+50 ℃) Shinkansen (Japan) △T=±40 ℃

2.5 Gia tốc/Lực hãm phanh Tiêu chuẩn Lực tăng gia tốc Lực hãm phanh

below 1000kN

20kN/m (below 6000kN in total) Đường ray hàn liên

tiếp(Korea)

33kN/m Dưới 34m Dưới 1000kN

20kN/m 400m (Dưới 8000kN toàn bộ) Tiêu chuẩn thiết kế

đường sắt(Korea)

33kN/m × L(m)

≤ 1000kN

20kN/m × L(m)

≤ 6000kN

Trong bài này, lực hãm phan áp dich cho chiều dài tàu (300m) như trong hình phía dưới sử dụng tiêu chuẩn UIC

300 m

20KN/m

|Gia tốc/ lực hãm phanh cho phân tích ray hàn liên tiếp

|Các lực dọc xảy ra trong đường sắt do uốn sàn |

2.6 Tải trọng thẳng đứng

Người ta biết rằng tải trọng nhiệt và gia tốc / hãm phanh là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến lực dọc trục trong đường ray hàn liên tục trên cầu để thiết kế Tuy nhiên, theo tiêu chuẩn UIC, tải trọng dọc cũng ảnh hưởng đến lực dọc theo đường Để ngăn ngừa sự không ổn định của ballast trên mặt đường do góc cuối của mặt cầu, cần kiểm tra sự chuyển vị theo chiều dọc ở đầu của đầu trụ hoặc ở phía trên của đầu mặt cầu liên tục trong khi tải trọng dọc được áp dụng Trong ví dụ này, lực dọc theo tải tuyến tính thẳng đứng (hệ số tác động được loại trừ) trong đường ray hàn liên tục được tính đến trong thiết kế

Như thể hiện trong hình vẽ này, khi áp lực thẳng đứng bên ngoài được áp dụng cho cây cầu,

do sự uốn cong xảy ra trong cầu và chuyển vị theo chiều dọc xảy ra trên mặt cầu, lực dọc được tạo ra trong đường ray Sự tương tác giữa tầng và đường ray được gây ra bởi sự dịch chuyển qua môi trường dằn Sự dịch chuyển này tạo ra một lực lớn trong đường ray và lực đỡ, gây ra lực dọc theo đường Để phân tích điều này, mô hình được xây dựng sao cho uốn của boong sẽ gây ra lực dọc theo đường Các vị trí của tải trọng dọc tương đương với tải trọng của phanh

02 Testing Conditions

|The vertical load applied to the continuous welded rail |

300m Vertical Load (80kN/m)

 Để biểu diễn sự biến

dạng uốn của bản cầu

do tải dọc áp dụng cho

đường ray, liên kết đàn

hồi (độ cứng Dx) được

thêm vào giữa đường

ray và phiến

bridge

Rail

H H·tan(j)

j

03 Mô hình chỉnh sửa

3.1 Xây dựng mô hình chỉnh sửa

Xây dựng mô hình xác minh cho phân tích theo từng giai đoạn bao gồm ứng xử song tuyển (Bi-Linear)

Phân loại Sức kháng dọc lò xo giữ nguyên của nền đường Giới hạn chuyển vị Ghi chú

①

300 m

20KN/m 80KN/m

②

|sức kháng dọc lò xo theo tiêu chuẩn UIC774-3 |

|Áp dụng tải trọng nhiệt độ|

|Tải trong tàu hỏa được áp dụng|

hư hình trên, các liên kết Bi-Linear để áp dụng tải trọng nhiệt và tải trọng của tàu được xác định bằng chức năng Liên kết đàn hồi đa tuyến tuyến tính của midas CIVIL Để biết chi tiết về Liên kết đàn hồi đa tuyến, xem Tài liệu hướng dẫn trực tuyến

Đối với phân tích theo từng giai đoạn, giữa các chức năng giai đoạn thi công midas CIVIL được

sử dụng Liên kết Bi-Linear cho tải nhiệt một mình và liên kết Bi-Linear cho tải tiếp theo được xác định và áp dụng theo tuần tự

Chức năng giai đoạn thi công cho phân tích theo từng giai đoạn được giải thích trong trang tiếp theo

03 Mô hình chỉnh sửa

3.2 Sử dụng chức năng thi công theo giai đoạn củamidas CIVIL cho phân tich giai đoạn

|Hộp thoại thi công theo giai đoạn cho trạng thái không tải|

 Khai báo điều kiện liên

kết và điều kiện tải

trọng cho “ ko tải trọng”

và giai đoạn có tải

trọng Sử dụng chức

năng Construction

Stage function

Điều kiện biên được kích

hoạt trong giai đoạn

“ có tải trọng” phải là vị

trí biến dạng

Không tải Kích hoạt toàn

mô hinh

Kích hoạt móng Kích hoạt ko tải trọng

Kích hoạt nhiệt độ bản mặt Kích hoạt nhiệt độ ray

-Kích hoạt tải trọng(Biến dạng)

Ngưng kích hoạt tải trọng

Các tải trọng dc kích hoạt ( hãm phanh Thẳng đứng)

| |Hộp thoại thi công theo giai đoạn cho trạng thái tải|

“Bao gồm ảnh hưởng của thời gian” bỏ chọn

|hộp thoại kiểm soát dữ liệu phân tích giai đoạn thi công|

 Ảnh hưởng của thời

gian lên đặc tính của

vật liệu không được đưa

vào xem xét

Khi tàu di chuyển, các

vị trí khác nhau cần

được phân tích để tìm

ứng suất nén đỉnh điểm

Các điều kiện liên kết và

vị trí tải thay đổi trong

giai đoạn có tải" Để so

sánh kết quả, mỗi điều

kiện liên kết và vị trí tải

phải được gán cho các

nhóm

Ví dụ: nếu tải cách mặt cầu 10 m cách xa, đường biên (Loaded10m) và tải trọng (Loaded10m) cần được kích hoạt.



04 Kiểm tra kết quả phân tích

4.1 UIC774-3 trường hợp kiểm tra E1-3 4.1.1 Kiểm tra đặc trưng vật liệu

E1-3 sử dung Deck Type 1 và các tính chất sau cho phân tích

Iyy 6.0726 ⅹ10-5 m4

|Đặc trưng mặt cắt|

|Đặc trưng mặt cắt cho bản mặt cầu|

4.1.2 Mô hình

Chiều dài phần tử là 1 m và tổng chiều dài ray là 660 m bao gồm cả công việc đào đất và cầu Mặt cầu được định nghĩa là một phần Loại giá trị có các thuộc tính phần trình bày trong trường hợp kiểm tra Do phần Value Type không có hình dạng mặt cắt nên mô hình được xây dựng dựa trên tâm của mặt cắt Ở khoảng cách 3 m (1/2 chiều cao phần) từ tâm của mặt cắt, một nút được tạo ra Giữa nút và tâm được gán một liên kết cứng theo chiều dọc

04 Kiểm tra kết quả phân tích

4.1.4 áp dụng tải trọng 50°C cho thanh ray 35°C bản mặt cầu

Sử dụng chức năng "Phần tử Nhiệt độ ", tải nhiệt được áp dụng cho ray và mặt cầu, và kết quả như sau

Ứng suất dọc trong ray là 151,57 MPa Nếu kết quả trên (Căng dọc trục trong đường sắt do tải nhiệt áp dụng cho mặt cầu) được loại trừ, giá trị đến 119,7 MPa Điều này phù hợp với kết quả UIC774-3 126 MPa

|Ứng suất dọc trục trong đường ray khi tải nhiệt độ được áp dụng cho mặt cầu và đường ray |

4.1.3 Áp dụng tải trọng nhiệt độ 35°C với bản mặt

Sử dụng chức năng "Phần tử Nhiệt độ ", tải nhiệt độ được áp dụng cho bản mặt cầu được xác định và kết quả như sau

Ứng suất dọc trục trong ray là 31.87 MPa và phù hợp với tiêu chuẩnUIC774-3 kết quả là 30.67 MPa

|Ứng suất dọc trục trong đường ray khi tải nhiệt độ được áp dụng cho mặt cầu |