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原文传递高速铁路特大桥上无砟轨道力学特性研究

论文题名：	高速铁路特大桥上无砟轨道力学特性研究
关键词：	铁路桥梁;无砟轨道;板下胶垫;静力特性;动力特性
摘要：	随着我国高速铁路的大规模建设，无砟轨道得到了日益广泛的应用，在特大桥上铺设无砟轨道已屡见不鲜。考虑到结构减振等方面的需要，设计人员提出了在道床板下铺设胶垫的方案，致使无砟轨道与特大桥梁的静、动力相互作用问题更为复杂，很有必要开展无砟轨道与特大桥梁适用性能的研究。　　本文针对无砟轨道与特大桥梁的适应性问题，在综合分析已有的国内外桥上无砟轨道研究现状的基础上，基于自编程序和有限元软件，建立了无砟轨道—特大桥梁精细化静力分析模型和高速车辆—无砟轨道—特大桥梁耦合系统动力分析模型，对高速条件下特大桥上铺设无砟轨道的静、动力学特性进行研究分析，并就板下胶垫刚度等关键参数对动力响应的影响进行了对比分析，为类似结构的设计方案提供理论参考。主要工作和结论如下: 　　(1)建立的静力分析模型由主桥主跨结构子模型和梁端结构子模型组成，详细、全面地考虑轨道结构及桥梁结构的实际参数和细部构造。基于主桥主跨结构子模型，以桥梁的挠曲变形为边界条件，分析不同板长和胶垫刚度对各细部结构的静力特性影响，并提出合理化建议。基于梁端结构子模型，以桥梁的梁端转角为边界条件，分析不同梁端转角对各细部结构的静力特性影响。　　静力分析研究表明，在本文计算条件下，道床板宜短不宜长，底座板宜长不宜短，但也要符合其他构造要求。梁端转角向上偏，造成桥梁下挠，导致梁端道床板和底座板纵向压应力增大;梁端转角向下偏，造成桥梁上拱，导致梁端道床板和底座板纵向拉压应力增大。　　(2)基于高速车辆、无砟轨道和特大桥梁之间的动力耦合作用机理，将高速车辆视为多刚体系统，建立动力分析模型，考虑钢轨、扣件、道床板、凸形挡台、板下胶垫、底座板、限位凹槽、桥梁及斜拉索等结构的实际情况，进行模态分析、谐响应分析及瞬态分析，从频域和时域两个方面，研究高速条件下各细部结构的动力特性，对比分析铺设板下胶垫前后及不同板下胶垫刚度条件下各细部结构的动力响应。　　谐响应分析结果表明，铺设板下胶垫后，钢轨、道床板的位移和加速度幅频响应都存在明显峰值，与轨道结构的固有频率相近，与模态分析结果得到了相互验证。瞬态分析结果表明，铺设板下胶垫后，道床板在固有频率附近振动明显增大，瞬态分析结果与谐响应分析结果得到了相互验证。　　(3)对特大桥上无砟轨道板下胶垫的设置进行了重点分析，结合静、动力分析结果，提出了结构选型建议。研究表明，铺设板下胶垫起到变形协调的作用，铺设板下胶垫后道床板应力显著降低。铺设板下胶垫对车辆舒适度、桥梁振动的影响不明显，其影响主要体现在钢轨、道床板等轨道结构上，可能会造成钢轨、道床板振动有所增大等不利影响。考虑到钢轨、道床板的振动加速度限值较大，降低结构受力更为迫切，建议综合考虑方案的经济性，对板下胶垫进行合理选用。
作者：	张馨月
专业：	交通运输工程
导师：	陈建春;辛涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文