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原文传递 基于弹性层状体系理论的重载铁路轨下结构竖向位移分析
论文题名: 基于弹性层状体系理论的重载铁路轨下结构竖向位移分析
关键词: 重载铁路;线路设计;轨下结构;竖向位移
摘要: 目前,我国尚无完善的重载铁路设计规范,对于重载铁路轨下结构缺乏系统的理论计算方法,在其设计上一直沿用基于实测数据的半经验法,缺乏灵活性和针对性。本文在借鉴公路路基路面设计中常用的弹性层状体系理论的基础上,采用刚度矩阵法,引入二维傅里叶变换和高斯积分,推导了道床层、基床表层、基床底层、地基层等结构层的刚度矩阵,并基于有限单元法的思想,引入工程梁单元以及弹簧单元模拟上部轨道结构中的钢轨、轨枕及扣件部分,手动实现了单轮轴5轨枕分担模型的结构离散及单元划分,推导得到了重载铁路系统整体结构的总刚度矩阵。
  本研究使用MATLAB数学软件计算平台,编写了上部梁单元、弹簧单元、各有限厚度弹性层、半无限空间体的矩阵函数以及所需的部分组装函数,求解得到了重载铁路整体结构的总刚度矩阵,从而实现了理论计算模型的电算过程,运算过程稳定且无溢出。使用以上计算程序,对不同轴重不同数量轮载作用下重载铁路轨下结构竖向位移进行较系统的计算分析:⑴轴重25t单轮轴作用,轨下结构顶面的最大竖向位移为1.90mm,最大轨枕节点力为77.5kN,轨下基础表面最大应力为0.605MPa;⑵轴重27t双轮轴作用,轨下结构顶面最大竖向位移为1.81mm,最大轨枕节点力为69.1kN,轨下基础表面最大应力为0.539MPa;⑶轴重30t四轮轴作用,轨下结构顶面最大竖向位移分别为2.28mm,最大轨枕节点力为91.8kN,轨下基础表面最大应力为0.716MPa。最后,人为设定了四种不同的工况,与通用有限元软件的计算结果进行了对比,数值相差较小,变化规律趋于一致,验证了本文理论及计算程序的可行性。
作者: 张秉灿
专业: 建筑与土木工程
导师: 郭抗美
授予学位: 硕士
授予学位单位: 河北工业大学
学位年度: 2014
正文语种: 中文
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