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北京地铁无砟轨道开裂机理及其对列车运营安全的影响研究
| 论文题名： | 北京地铁无砟轨道开裂机理及其对列车运营安全的影响研究 |
| 关键词： | 短枕式整体道床;车辆-轨道耦合模型;动力响应;开裂机理;地铁系统;有限元模型 |
| 摘要： | 近年来，城市轨道交通飞速发展，地铁系统在公共交通系统中的地位越来越重要。与道路交通相比，其具有运量大、时间准、污染少和安全舒适等显著的优势。国内各大城市的地铁每天都担负着繁重的运营任务，线路轨道结构作为其下部基础长期承受上部列车碾压、振动、摩擦和冲击及环境温度作用，在使用过程中会出现各种各样的伤损，如钢轨磨耗、掉块，扣件丢失、弹条断裂，轨枕块和道床混凝土开裂，以及下部基础下沉等。在轨道结构诸多伤损中，养护维修部门对于列车直接接触的钢轨、扣件的探伤和维修已经十分完善，但是对于道床混凝土结构的伤损并没有建立完善的养护维修制度。调查发现，北京地铁大量整体道床出现裂纹伤损，尤其是一些建设较早的线路，地铁1、2号线。裂纹伤损降低了轨道结构的耐久性和绝缘性能，造成轨道不平顺，影响乘车舒适度和运营安全。因此，整体道床的开裂问题亟待研究。本文主要从以下几个方面对北京地铁短枕式整体道床混凝土裂缝进行实际调研和理论研究: (1)对北京地铁无砟轨道结构伤损情况进行了调查统计，按照裂纹伤损和非裂纹伤损进行了分类。总结了无砟轨道裂纹形成的原因，主要是由于施工技术和质量、温度、混凝土收缩以及车辆荷载等方面的原因引起的。同时对北京地铁已经采取的缓解道床开裂的措施进行了分析，指出了其中的不足之处。 (2)建立了道床板有限元模型，对其施加列车荷载和温度荷载，得到道床板在列车荷载和温度荷载分别作用下的应力分布图和裂纹的萌生位置。其中列车荷载根据实际列车运行情况和线路情况分三种工况予以考虑。最终通过分析确定裂纹的萌生位置位于枕角处，并大致沿45。方向扩展。 (3)应用混凝土结构线弹性断裂力学的相关理论建立了含初始裂纹的有限元模型，利用扩展有限元方法对裂纹发展进行模拟。得出列车荷载作用下20mm长度裂纹的裂纹张开量和应力强度因子值;随着裂纹的扩展，得到裂纹的长度和裂纹张开量以及应力强度因子的关系。 (4)在损伤力学的基础上，引入损伤函数来模拟道床裂纹伤损，进行动力分析。计算得出含裂纹轨道结构的动力响应规律与不含裂纹的轨道结构动力响应进行对比，得出了道床裂纹使得轨道结构动力响应增大，尤其是对道床混凝土及其以下结构影响显著的结论。 |
| 作者： | 方树薇 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 肖宏;倪克琦 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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