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原文传递高速铁路车-线-桥动力分析理论及桥上轨道激励影响研究

论文题名：	高速铁路车-线-桥动力分析理论及桥上轨道激励影响研究
关键词：	高速铁路桥梁;车辆;轨道结构;耦合振动;激励机制
摘要：	随着我国经济的迅速发展以及对运输服务质量要求的提高，列车速度不断提高，铁路桥梁的振动问题日趋突出，列车-轨道-桥梁耦合振动的精细分析显得越来越重要。同时，高速铁路对线路的平顺性限制很严格，而桥上线路激励（轨道不平顺和徐变变形）给高速铁路安全运营带来了新的挑战。因此，本文以我国高速铁路大建设为背景，在国家自然科学基金项目“基于格子Boltzmann方法的车-线-桥耦合动力分析及应用（51078164）”资助下，针对列车-轨道-桥梁系统耦合振动以及桥上轨道激励影响的问题，展开了较深入的研究。主要研究内容和取得的成果如下：　　(1)根据子结构的思想详细推导了桥梁、轨道和车辆的振动方程，进而建立了基于非线性Hertz接触理论的列车-轨道-桥梁竖向振动有限元模型，编制了相应的分析程序。该模型摒弃了轮轨密贴假设，考虑了轮轨相对运动，适用于轮轨线性和非线性接触。采用编制的程序研究了轮轨接触模型、接触刚度和脉冲型尖点不平顺的影响，模拟了轮对瞬时脱离现象。　　(2)推导了任意长度组合的轨道-桥梁耦合单元，研究了轨道和桥梁单元长度的影响，结果表明采用较大的桥梁单元并细化轨道单元能达到满意的精度和效率，轨道单元长度对计算结果影响很大，列车最小轴距间轨道单元数不应少于2个。将这种组合单元应用于变截面连续梁桥，建立了基于桥梁施工节段长度的系统模型，既提高了计算效率，又方便了建模。此外，讨论了不同线路等级不平顺的影响。　　(3)在前面竖向模型的基础上，根据蠕滑理论计算轮轨横向力，建立了列车-轨道-桥梁系统空间振动有限元方程，编制了相应的分析程序。该模型考虑了轮轨空间作用关系，也考虑了桥上线路偏心和轨道受力偏心的影响。通过数值算例说明了所编程序准确性，分析了桥梁阻尼、桥墩基础刚度和线路偏心对系统响应的影响。　　(4)提出了任意子波长区间的轨道随机不平顺生成方法，讨论了其可靠性，并在时域上比较了不同轨道谱的轨道不平顺特性。结合我国高速铁路现状，采用前面编制的空间分析程序，研究了轨道高低不平顺和方向不平顺的敏感波长区间，也讨论了统计分析轨道不平顺对中小跨径桥梁影响的必要性。　　(5)根据室内试验结果对现有混凝土徐变模型进行了修正，预测了箱梁徐变上拱发展历程，进而考虑桥梁和轨道结构的相互作用，讨论了多跨简支梁桥徐变上拱引起的轨道变形。分析发现，修正的徐变预测模型精度较高，轨道结构对梁端折角具有明显的缓和作用。在讨论桥梁徐变变形对轮轨接触关系影响的基础上，分析了桥梁徐变变形对系统动力响应的影响，研究了采取延长半年铺轨措施的动力控制效果，探讨了桥梁徐变变形和轨道随机不平顺的共同影响。
作者：	杨宏印
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	张海龙;陈志军
授予学位：	博士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文