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原文传递有砟轨道桥梁轨枕空吊对轨道动力响应影响分析

论文题名：	有砟轨道桥梁轨枕空吊对轨道动力响应影响分析
关键词：	有砟轨道桥梁;轨枕空吊;轨道动力响应;振动荷载
摘要：	轨枕作为轨道结构的主要构件之一，承受着来自钢轨的压力，并弹性地传递于道床，起着承上启下并有效地保持轨道几何形态的重要作用。随着列车速度的提高，其振动频率也不断提高，从而加大了列车施加给轨道的振动荷载，导致道砟之间的摩阻力下降，石砟“流坍”加速，线路变形加速加大，轨道状况恶化加速，甚至有出现道砟液化现象，轨道几何状态难以保持，导致有些轨枕与道床、桥梁没有接触，形成轨枕空吊现象。正是这种空吊现象的存在，使列车尤其是高速列车通过桥梁时出现水平或垂直加速度超限情况，引起晃车现象。本文通过建立车辆-轨道-桥梁耦合系统模型计算出车辆轮轨接触力，再运用Ansys软件建立轨道-桥梁垂向耦合系统模型，进而分析研究列车在正常状态和空吊情况下系统的动力响应情况，并对出现不同空吊轨枕数量及空吊分布情况产生的系统响应提出分析对比，以期为工务养护提供理论数据参考，具体研究内容和主要成果如下：　　（1）车辆－轨道－桥梁垂向耦合系统的轮轨接触力的计算。运用有限元的方法和Lagrange方程，根据车辆－轨道－桥梁垂向耦合系统运动的特点，提出适合该问题分析的新型车辆单元和轨道单元，分别建立了车辆－轨道－桥梁系统动力分析模型，推导出车辆单元及轨道单元和桥梁单元的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。整个车辆－轨道－桥梁耦合系统只需离散成车辆单元、轨道单元和桥梁单元，其中轨道－桥梁系统离散成三层梁单元，一节车辆离散成一个车辆单元。计算时只需形成一次轨道－桥梁系统的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵，以后在每一步的计算中，只需组集车辆单元的刚度、质量和阻尼矩阵，形成总刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。对建立的车辆-轨道-桥梁耦合系统动力分析模型，利用Matlab软件编制了对应的计算软件。计算出不同时速下系统的车辆轮轨接触力，结果表明：车速越快，轮轨接触力振幅越大，但都是在轴重上下波动。　　（2）运用Ansys软件建立轨道-桥梁垂向耦合系统模型，再将轮轨接触力导入到Ansys软件中计算，研究分析正常状态和空吊情况下系统的动力响应情况。分析结果表明：整个轨道-桥梁系统的动力响应主要来自钢轨和轨枕，桥梁的动力响应情况较弱，可以忽略不计；在正常状态下，受不平顺激励作用，钢轨的位移和加速度最为明显，随着车速增加，系统钢轨位移略有增大，钢轨加速度响应情况明显加大，而轨枕整体上响应情况只有钢轨的三分之一左右。　　（3）通过删除轨道-桥梁垂向耦合系统模型中相应空吊位置轨枕与桥梁间的阻尼弹簧来模拟轨枕空吊现象，分析不同的空吊情况对系统的动力响应影响，并对出现不同空吊轨枕数量及空吊分布情况产生的系统响应进行对比分析。分析结果表明：轨枕空吊对轨道系统产生的动力响应影响主要集中在空吊邻近三根轨枕位置较为明显，其他位置趋于正常状态；不同工况下空吊位置钢轨垂向动力响应各不相同，均比正常状态下的钢轨垂向动力响应要大，空吊轨枕越多，轨道系统的垂向动力响应越大，特别是存在连续的多根轨枕空吊时，轨道的响应就越明显；同时随着车速的增大，轨道系统受空吊影响动力响应情况明显加大。
作者：	蔡理平
专业：	道路与铁道工程
导师：	李明华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华东交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文