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L形台座式梯形轨枕疲劳性能研究
| 论文题名： | L形台座式梯形轨枕疲劳性能研究 |
| 关键词： | 轨道交通;梯形轨枕;疲劳性能 |
| 摘要： | 城市轨道交通在缓解交通堵塞方面发挥着巨大的作用，梯形轨枕作为轨道交通的一种轨枕类型，已经引起人们的重视。与传统轨枕相比，梯形轨枕具有重量轻、施工快、方便维护、减振降噪和经济性等多方面优点。在列车荷载长期作用下，梯形轨枕的抗疲劳性能不可忽视。本文以刚开通运营的重庆轨道9号线上所选用的梯形轨枕类型—L形台座式梯形轨枕作为研究对象，对梯形轨枕的疲劳性能进行研究分析，主要内容如下： 参照国内外有关公路、铁路交通抗疲劳设计相关规范，以已开通的重庆轨道交通线路实测客流量、车流量为依据，确定本文梯形轨枕上标准疲劳荷载模型；用Midas/Civil来建立钢轨—梯形轨枕双层连续弹性支撑梁的力学模型，求出梯形轨枕的弯矩包络图和最不利截面的弯矩影响线，由此得到梯形轨枕控制截面的弯矩历程曲线，通过雨流计数法和泄水计数法提取历程曲线上的荷载循环；采用基于Paris公式的等效荷载法（RMP）将提取出来的变幅荷载循环等效为常幅荷载循环；最后通过Miner疲劳线性累积损伤理论中损伤度不变的原则，将疲劳荷载转化为循环次数是200万次下的等效常幅荷载。 采用前文计算的等效荷载幅对梯形轨枕试件进行疲劳验证试验、疲劳破坏试验以及疲劳循环过程中的静力试验。在试件纯弯段布置应变测点，在减振垫块截面、加载处截面和跨中截面布置挠度测点。在200万次疲劳验证试验中的各次静力试验里，各荷载级对应的应变值、挠度值在每次静力加载中差异很小，整体测点的荷载—应变曲线呈直线，结构仍处于弹性工作状态，表明结构抗疲劳性能符合设计使用要求。在随后的80万次疲劳破坏试验中，将疲劳荷载幅分阶段进行不同程度的提高，试验发现，在240万次疲劳加载时，轨枕纵梁下侧混凝土局部开始出现裂缝，结构发生应力重分布；最后40万次疲劳加载中，虽然下侧混凝土荷载—应变曲线逐渐偏离直线，但结构整体稳定性良好，说明梯形轨枕仍具有一定的疲劳安全储备。 用ANSYS Workbench建立有限元模型，通过静态分析模拟疲劳试验过程中的分级静力加载，各级荷载下应力和挠度的计算值与实测值吻合较好，误差在10%以内；通过模态分析，得到梯形轨枕前6阶的振型和频率，其中最低竖向振型的频率为39.18Hz，列车通过梯形轨枕时产生的交变荷载频率远小于该频率，说明梯形轨枕在列车荷载作用下不会出现共振现象，结构不会发生振动疲劳破坏；基于有限元谐响应模块，分析梯形轨枕的位移响应值，得到各阶振型下结构的振动与哪些方向有关，并由此判断各阶振型的主振方向；通过谐响应模块中的简谐荷载来模拟疲劳试验中的常幅荷载，计算得到梯形轨枕的疲劳寿命满足设计使用要求。 |
| 作者： | 李东晋 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 巫祖烈 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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