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原文传递 CRTS Ⅱ型轨道板温度变形及其对车-线-桥系统动力响应的影响

论文题名：	CRTS Ⅱ型轨道板温度变形及其对车-线-桥系统动力响应的影响
关键词：	高速铁路;板式无砟轨道;温度翘曲变形;车-线-桥系统;动力响应
摘要：	中国目前高速铁路大量采用CRTSⅡ型板式无砟轨道结构。然而，在施工过程中发现，轨道板与CA砂浆层之间存在离缝现象。此离缝发生的原因为轨道板在其厚度方向受到不均匀的温度梯度。层间离缝将对运营阶段的列车运行安全造成隐患。因此，本文分别从CRTSⅡ型板式无砟轨道的静力学和动力学角度，研究了轨道板的温度翘曲变形及其对车辆-轨道-桥梁（简称“车-线-桥”）系统动力响应的影响。主要研究工作及创新点如下: 　　(1)对CRTSⅡ型板式无砟轨道的温度效应及动力分析的研究现状进行综述　　对无砟轨道的发展、板式无砟轨道的温度效应、车-线-桥耦合振动的研究现状进行总结，并指出CRTSⅡ型轨道板温度翘曲变形及其对车-线-桥系统动力响应的影响研究中所存在的问题。　　(2)建立并验证CRTSⅡ型板式无砟轨道的有限元模型，分析各因素对轨道板温度翘曲变形的影响　　使用有限元软件对CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的各组成部分及对应连接进行模拟。对所建立的CRTSⅡ型板式无砟轨道结构模型，验证其合理性。为获得实际轨道板的温度数据，对轨道板的温度进行实地测量。研究自重、CA砂浆层和底座板的温度-时间效应、最不利工况、初温、纵连等因素对轨道板温度翘曲变形的影响。　　(3)研究CRTSⅡ型轨道板的温度翘曲变形机理，分析CRTSⅡ型轨道板温度翘曲变形过程中，温度梯度作用与整体温度升降作用分别是如何影响轨道板变形　　一方面采用有限元软件比较轨道板在3种不同温度荷载施加方式下的翘曲变形;另一方面从应变角度认识轴向拉伸（压缩）变形、弯曲变形及温度变形，对整体温度升降作用、温度梯度作用下两种结构的跨中竖向位移进行公式推导。　　(4)将车桥（或车轨）耦合振动理论推广应用于CRTSⅡ型板式无砟轨道的车-线-桥系统　　将车辆视作刚体，基于达朗贝尔原理建立车辆的运动方程;将CRTSⅡ型板式无砟轨道的线桥模型采用有限元法直接建立其运动方程;以轨道不平顺作为车-线-桥系统的垂向激励，利用垂向轮轨接触模型将车辆与线桥予以联系，建立车-线-桥系统的动力平衡方程。利用Newmark-β法的数值积分方法，可采用直接耦合法、时间步内迭代法、全过程迭代法求解车-线-桥系统方程。　　(5)提出并验证新的线性近似Hertz接触模型:割线、切线线性近似模型，分析4种垂向轮轨接触模型（Hertz非线性接触理论、轮轨垂向密贴假定，及新提出的割线、切线线性近似模型）对车轨系统的影响　　对国内外文献中直接应用并未验证的线性化Hertz接触模型予以修正，提出并验证新的线性近似Hertz接触模型:割线、切线线性近似模型，推导其轮轨接触刚度，并对此模型下垂向轮轨力的表达式予以统一。针对目前已存在的Hertz非线性接触理论、轮轨垂向密贴假定，及新提出的割线、切线线性近似模型，推导各自的附加动力矩阵，并从车轨系统的动响应、时间步长的适应条件、轮轨振动的频谱分析、轮轨接触刚度等角度，比较4种垂向轮轨接触模型对车轨系统的影响。　　(6)建立与CRTSⅡ型板式无砟轨道温度翘曲变形状态相对应的非线性轨道动力分析模型，研究轨道板温度翘曲变形引起的附加轨道几何不平顺、轨道刚度不平顺对车-线-桥系统动力响应的影响　　建立与CRTSⅡ型板式无砟轨道温度翘曲变形状态相对应的非线性轨道动力分析模型，轨道板与CA砂浆层间的刚性连接弹簧采用“间隙”类型，考虑为只受压不受拉。将轨道板温度翘曲引起的钢轨变形作为附加轨道几何不平顺，对路基上与桥上附加轨道几何不平顺的影响分别予以分析。将轨道板的温度翘曲变形作为其动力分析时的既有静力变形并诱发轨道刚度不平顺，对路基上与桥上轨道刚度不平顺的影响分别予以分析。
作者：	杨静静
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	张楠
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文