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原文传递制动荷载作用下桥上无砟轨道动力特性分析

论文题名：	制动荷载作用下桥上无砟轨道动力特性分析
关键词：	制动荷载;交叉迭代法;动力特性;桥上无砟轨道
摘要：	随着高速铁路的快速发展，桥上无砟轨道无缝线路得到越来越多的应用，高速列车在桥上行车的安全性，以及轨道、桥梁结构的稳定性成为学者研究的热点问题。桥上无砟轨道无缝线路在列车荷载、制动荷载共同作用下的受力和变形特性尚缺乏足够的理论研究。因此，研究制动荷载作用下桥上无砟轨道动力响应问题，对桥上无砟轨道设计、运营养护具有重要的指导意义，可为高速列车在桥上运行的安全性和轨道、桥梁结构的稳定性提供理论依据和技术支持。本文从建立高速列车-无砟轨道-桥梁纵竖向耦合系统动力分析模型入手，对车辆子系统和无砟轨道-桥梁子系统纵竖向动力响应进行了研究，为今后开展该领域的深入研究提供较强的参考价值。　　根据高速列车-无砟轨道-桥梁动力相互作用的特点，提出了车辆单元和无砟轨道-桥梁单元，运用有限元方法和Lagrange方程，分别建立了高速列车-无砟轨道-桥梁纵竖向耦合系统动力分析模型，整个模型包括车辆子系统模型和无砟轨道-桥梁子系统模型两部分，两者之间通过轮轨关系耦合。根据列车制动减速度特性曲线特点确定制动力的大小，运用Hertz理论求解轮轨力，运用交叉迭代算法，利用MATLAB编制计算程序，分别求解两个系统的数值微分方程。　　以4节编组的CRH2型动车组在桥上无砟轨道紧急制动为例，计算结果表明，轨道、桥梁结构的纵竖向位移和加速度均逐层递减，梁端处轨道结构的竖向振动比跨中处大；列车制动过程中列车速度逐渐减小引起轨道结构的竖向动力响应也减小；列车停车后，轨道结构和桥梁的纵向位移反向突变、纵向加速度突变，随后都有自由衰减的趋势；列车停车瞬间，列车和桥梁出现纵向最大振动。研究成果可为桥上无砟轨道的设计提供理论支持。　　针对算例，运用计算程序，全面分析行车速度、轮轨摩擦系数、垫板弹性系数和CA砂浆弹性系数对两个子系统竖向和纵向动力响应的影响，得到以下结论：（1）行车速度对两个系统的竖向和纵向动力响应影响显著，尤其对无砟轨道-桥梁子系统的加速度影响较大，其峰值呈倍数增长，但制动停车时对两个系统的竖向振动基本没有影响，却对纵向振动影响逐渐增大，因此合理控制车速有利于提高行车稳定性和轨道、桥梁结构稳定性；（2）轮轨摩擦系数对车辆子系统和无砟轨道-桥梁子系统纵向动力响应影响很明显。随着轮轨摩擦系数的增大，车体、转向架、车轮纵向加速度以及纵向轮轨力也逐渐增大，跨中和梁端处轨道、桥梁结构的纵向位移和纵向加速度也逐渐增大。列车停车瞬间，随着轮轨摩擦系数的增大，车辆子系统和无砟轨道-桥梁子系统纵向动力响应也逐渐增大；（3）针对不同垫板弹性系数和CA砂浆弹性系数，计算了车辆子系统和无砟轨道-桥梁子系统的竖向和纵向动力响应，并进行了深入分析，讨论了桥上无砟轨道结构的合理竖向和纵向参数取值范围；（4）本文提出的高速列车-无砟轨道-桥梁纵竖向耦合系统动力模型和交叉迭代算法，为进一步研究桥上无砟轨道动力性能与设计参数及相关标准提供了理论依据，为桥上无砟轨道的设计提供理论支持，并且相关理论普遍适用于分析桥梁以及路基上其他无砟轨道结构。　　最后总结了论文的主要工作，指出本课题的不足之处以及后续有待拓展研究的问题。
作者：	潘鹏
专业：	交通运输工程
导师：	雷晓燕
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华东交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文