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原文传递高速铁路中小跨度桥梁与轨道相互作用的研究

论文题名：	高速铁路中小跨度桥梁与轨道相互作用的研究
关键词：	铁路桥梁;高速列车;桥梁荷载;梁轨耦合
摘要：	在中国高速铁路建设中，为节约耕地、减少路基沉降等问题，往往以桥梁代替路基作为轨道的支撑结构，由此产生的无缝线路和铁路桥梁之间的相互作用问题，是高速铁路桥梁设计的重要课题之一。桥上铺设无缝线路后，在温度、徐变、制动力和地震作用下，梁轨间产生相对位移，由于梁轨之间的非线性约束作用，将在轨道、梁体和墩台中引起纵向力。该纵向力既是轨道强度和稳定性的控制性指标，也是影响桥梁下部结构设计的重要因素。高速铁路桥梁中，应用范围最广、数量最多的结构形式为标准跨度的简支梁和连续梁桥。在跨越既有线时，也常采用斜拉桥的形式。研究中小跨度简支梁、连续梁和斜拉桥上梁轨系统的受力特性有其必要性。本文在吸收和借鉴国内外研究成果的基础上，建立了可进行温度、活载和地震响应分析的梁轨系统力学模型，编制了相关实用程序，对高速铁路中广泛使用的标准跨度简支梁、连续梁，以及应用日益广泛的斜拉桥进行了梁轨相互作用分析，探讨了设计参数对梁轨系统受力的影响，对简支梁、连续梁和独塔斜拉桥上梁轨系统的受力特点进行总结，并提出设计建议。　　本研究主要内容包括：⑴推导了线路纵向阻力的迭代公式，采用非线性杆模拟线路阻力、带刚臂的梁单元模拟梁体，建立了考虑加载历史和邻跨结构的梁轨系统模型。在进行温度和活载作用分析时，考虑了滑动支座摩阻力、扣件竖向刚度的影响;在进行地震响应分析时，还考虑了桩-土共同作用、桥墩非线性、地震动行波效应，以及梁体间的碰撞效应。通过与相关文献中的算例进行对比，证明模型的正确性。⑵采用Visual Basic.net图形界面和Access数据库技术，基于ANSYS二次开发，开发了标准跨度简支梁和连续梁的实用有限元程序SBCWR和CBCWR，可分析温度、活载和地震，以及三者耦合作用下的梁轨系统响应，并探索性地开发了基于客户端/服务器端的梁轨分析程序。⑶探讨了简支梁标准跨度的双线无砟轨道简支箱梁的跨数、截面形式、线路阻力、路基段钢轨长度、滑动支座摩阻系数、下部结构刚度等因素对梁轨相互作用的影响，分析不同地震激励方向和行波效应下的梁轨系统动力响应，以及轨道结构对简支梁桥动力特性和碰撞效应的影响。⑷针对主跨为40～100m的双线无砟轨道连续梁，探讨相邻简支梁跨数、桥墩刚度等因素的影响。针对大跨度连续梁，设置多种小阻力扣件和钢轨伸缩调节器组合布置方案进行比选。参照国内外规范检算标准，推导无缝线路固定区极限温度跨长及各跨连续梁桥制动墩纵向刚度限值，讨论碰撞效应对连续梁上无缝线路的影响。⑸分析了某槽型截面独塔斜拉桥梁轨系统纵向力分布规律，探讨相邻简支梁支座布置、斜拉桥结构体系、截面形式、桥塔和拉索温度变化及风载的影响;分析一致激励和行波效应下，斜拉桥梁轨系统的动力响应。
作者：	闫斌
专业：	土木工程
导师：	戴公连
授予学位：	博士
授予学位单位：	中南大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文