桥墩沉降下齿轨-超大坡度桥梁系统适应性及安全性研究

来源：振动与冲击杂志2024年第6期北京时间：

作者：兆玮，张梦琪，王浪，李世辉，袁密奥，陈志辉，杨吉忠

单位：1.重庆交通大学机电与车辆工程学院，重庆400074；2.中铁二院工程集团有限责任公司科学技术研究院，成都610031

摘要：我国规划了多条含有超大坡度桥梁的齿轨铁路线路，随着服役时间增长，桥墩沉降问题难以避免，易造成齿轨结构局部应力过大，严重时还会导致连接螺栓断裂，威胁齿轨系统的安全性和稳定性。针对该问题，详细考虑齿轮-齿轨非线性啮合行为、轮轨非线性接触行为以及桥墩沉降等复杂因素，建立桥墩沉降下齿轨车辆-齿轨(轨道)-超大坡度桥梁系统耦合动力学模型，研究列车通过时桥墩沉降对齿轨垂/纵向变形、应力、加速度以及连接螺栓应力的影响，最终提出山区大坡度齿轨铁路桥墩沉降安全控制值。研究表明：在齿轮齿轨啮合作用和轮轨作用等多荷载综合作用下，桥墩沉降极有可能导致齿轨连接螺栓发生断裂；当桥墩沉降量达到6.76mm时，连接螺栓剪切应力达到其许用剪切强度235MPa，可能发生断裂，严重威胁结构稳定性和行车安全；齿轨结构应力远小于齿轨抗拉强度；齿轨最大变形量可达桥墩沉降量的140%；齿轨振动主频位于70~80Hz；桥墩沉降对连接螺栓应力和齿轨变形的影响较为显著，而对齿轨振动、应力的影响较小。

关键词：车辆-轨道-桥梁相互作用；齿轨铁路；超大坡度桥梁；桥墩沉降；运行安全