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温度效应对高速铁路简支梁走行安全性影响研究
| 论文题名： | 温度效应对高速铁路简支梁走行安全性影响研究 |
| 关键词： | 简支梁桥;太阳辐射;列车;行车安全性;温度效应 |
| 摘要： | 高速、安全和舒适是高速铁路运输得以实现的三大要素。而轨道的平顺状态直接影响平稳舒适和行车速度，并且是影响列车走行安全性的重要因素。在一天的日照过程中，由于太阳辐射和环境因素的作用，使桥梁产生不均匀的温度变化及变形，这种变形就会成为轨道平顺性的一部分，最终影响列车的走行性安全行。 本文更深入、全面的考虑了桥梁在日照影响下全过程的温度变化及其温度效应，计算了在可能的最危险温度变形条件下的桥梁运动状态及车辆运动状态，并讨论了以上条件下对行车安全性的影响。最后以一个混凝土简支箱梁和一个简支钢板梁桥为研究对象，进行计算分析并揭示混凝土桥和钢桥在日照下温度场的区别，以及日照因素对两种桥型列车走行安全性的不同影响程度。 文章包括桥梁的热分析以及车桥耦合动力分析。在热分析前，应先确定其边界条件，根据太阳物理学及相关经验公式，用Matlab计算日照全过程不同时刻、不同结构表面温度的边界条件。桥梁热分析通过通用有限元软件ANSYS的热-应力耦合技术进行建模、计算和分析。车桥耦合动力分析需要迭代进行求解，本文采用全过程迭代法。该方法对车辆、桥梁子系统，只要采用无条件收敛的积分格式，即可保证各计算步骤的收敛。 钢桥以10×40m钢板简支梁桥为算例，混凝土桥以10×32m箱型简支梁桥为算例。计算桥梁在日照全过程不同时刻的温度场，及一些具有代表性位置节点的全过程时程温度曲线。以不同时刻温度场作为荷载，计算桥梁变形，提取轨道处桥面节点位移进行对比，找出可能的最不利时刻。以最不利时刻的桥面变形作为车桥耦合计算的外部激励，迭代求解桥梁运动状态和车辆运动状态。确定全过程中最不利的时刻，及此时的桥梁运动状态和车辆运动状态。对比无温度变形与最不利时刻温度变形下桥梁走行安全性。 本文对两种桥型进行了边界条件分析计算、温度场及温度效应分析计算和车桥耦合动力分析计算，并采用了一定的假设，在满足精确度的要求下简化计算模型，有效减少计算量并缩短计算时间。通过计算结果的对比，可以发现钢桥受太阳直射面及其附近的温度明显高于其他部位，而混凝土桥的温度变化有明显的滞后现象;两种桥型计算得到脱轨系数、横向作用力及Sperling指标均比不考虑温度变形下计算的3个判定标准大，但都没有超过安全限制，并且，钢桥的3个判定标准增大的幅度较混凝土桥的更明显。 |
| 作者： | 孙奇 |
| 专业： | 桥梁工程 |
| 导师： | 张楠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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