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原文传递大坡道桥上无砟轨道梁端过渡板结构力学特性及其参数优化

论文题名：	大坡道桥上无砟轨道梁端过渡板结构力学特性及其参数优化
关键词：	高速铁路;无砟轨道;梁端变形;过渡板;扣件上拔力
摘要：	随着路网布局优化,高速铁路建设正向中西部地区快速推进,中西部地区面临自然环境复杂,长大坡道桥上无砟轨道无缝线路将得到广泛应用.位于坡道上的桥上无砟轨道,因梁体温差引起的伸缩变形会对梁缝附近扣件受力产生显著影响,若与其他外界荷载叠加可能导致梁端扣件受力超限,在梁端设置过渡板可改善梁端轨道结构受力变形特性,过渡板结构参数取值对保证梁端轨道结构合理受力与列车运行安全具有重要意义.本文建立了大坡道桥上无砟轨道无缝线路空间耦合模型,从静力和动力两方面研究坡道上桥梁端增设过渡板结构力学特性,对过渡板结构参数取值进行了优化,并根据优化后的结果确定不同桥梁温度跨度的坡度限值.主要研究内容包括以下5个方面: 　　(1)针对坡道上连续梁桥梁端竖向变形过大问题,基于有限元法、梁-板-轨相互作用机理和车辆-轨道耦合动力学理论,充分考虑了钢轨、扣件、无砟轨道、桥梁梁体、过渡板等结构的空间尺寸及力学属性,建立了大坡道桥上无砟轨道梁端过渡板结构空间耦合静力模型和高速铁路车辆-轨道-过渡板-桥梁空间耦合动力模型.通过与现有研究成果对比,验证了本文模型的正确性. 　　(2)基于所建大坡道桥上无砟轨道梁端过渡板结构空间耦合静力模型,对比有、无过渡板情况下梁端轨道结构的受力特性,并分析了梁体温差、桥梁温度跨度、坡度等因素对梁端轨道结构受力的影响.结果表明:位于坡道上的桥梁,梁端扣件最大拉力和最大压力均随着桥梁坡度、梁体温度呈线性增大,随桥梁温度跨度增大而增大;桥梁梁端增设过渡板结构比未增设过渡板结构时扣件最大拉力减小70.6%~76.8%;在设计桥上无缝线路时,当桥梁所处环境确定后,从改善梁端轨道结构受力的角度,建议尽可能减小纵向坡度,在坡度较大时,采用简支梁桥或小跨度的连续梁桥. 　　(3)基于所建的高速铁路车辆-轨道-桥梁-过渡板空间耦合动力模型,研究了过渡板结构对梁端轨道结构动力特性的影响.结果表明:相较于桥梁梁端未增设过渡板结构,梁端增设过渡板结构后梁缝处钢轨垂向位移增大了2.6%、加速度减小了39.1%,轨道板垂向位移增大了50.3%、加速度增大了466.4%,车体垂向加速度增大了1.9%;随着坡度的增大,无论梁端是否增设过渡板结构,梁缝处钢轨垂向加速度和位移、过渡板(轨道板)垂向加速度和位移、车体垂向加速度均逐渐增大,但增幅并不明显. 　　(4)综合动力和静力分析结果,从改善梁端轨道结构受力的角度,对过渡板结构参数的取值进行了优化,建议:过渡板长度取2.5m、过渡板上扣件间距取630mm、过渡板上扣件刚度取30kN/mm、过渡板板端扣件至支座间距取315mm. 　　(5)随着连续梁桥温度跨度的增加,梁端增设优化后的过渡板结构后,连续梁桥对应的坡度限值逐渐降低;桥梁的坡度限值是由梁端扣件最大上拔力确定的,连续梁桥温度跨度分别为88m、101m、124m、160m、188m、210m时,桥梁的坡度限值建议分别取为35.0‰、33.4‰、27.8‰、21.5‰、20.5‰、19.4‰.
作者：	涂建
专业：	道路与铁道工程
导师：	张鹏飞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华东交通大学
学位年度：	2021