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原文传递温度荷载作用下纵连板式无砟轨道隆起屈曲模型研究

论文题名：	温度荷载作用下纵连板式无砟轨道隆起屈曲模型研究
关键词：	纵连板式无砟轨道;温度荷载;宽窄接缝;能量变分法;稳定性
摘要：	我国高速铁路快速发展给人民生活和经济增长带来了重大变化，然而高温荷载作用下无砟轨道隆起屈曲问题常有发生，给高速列车安全运行和服役年限带来了严重威胁，因此有必要对纵连板式无砟轨道在温度荷载作用下的上拱稳定性机理进行探究。本文是以CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道为研究对象，分别建立了无砟轨道在受到整体温度作用、温度梯度作用、以及存在宽窄接缝损伤时三种不同状态下的屈曲分析模型，并以能量变分法结合微分方程法为主要手段，建立了纵连板式无砟轨道热致隆起屈曲的总势能方程，且在考虑脱空区域和两侧直板段区域情况下进行了解析求解，总结了三种状态下所建模型的非线性平衡路径和上拱临界状态的受力变形特点，最终所提出简化可行的无砟轨道结构分析模型，对高速铁路无砟轨道力学分析和安全稳定具有非常重要的意义。本文主要开展了以下研究：　　首先，基于轨道结构上拱实质是钢轨和轨道板组成的组合结构，根据换算截面法提出了轨道结构的等效抗弯刚度和等效抗压刚度，将无砟轨道视为刚性基础上的无限长梁，建立了整体温度荷载下无砟轨道纵向受压失稳模型，并通过有限元分析软件ABAQUS验证了解析模型的准确性。在此基础上，由于轨道结构易在初拱变形区段发生进一步屈曲上拱变形，故又建立了存在初拱变形情况下的无砟轨道失稳模型，结果表明初拱变形从0增加到5mm范围时，其对轨道温度荷载作用下的稳定性影响最大。　　其次，探究在温度荷载影响下，正、负温度梯度的产生对板式轨道热胀上拱稳定性影响规律。利用能量变分原理建立了存在温度梯度状态下无砟轨道屈曲模型，进一步分析了该模型非线性力学行为和变形特点，结果表明正温度梯度的存在对控制结构上拱失稳是有利的，正温度梯度从0增加到30℃的过程中，安全温度提升了16.7%，临界轴力提升了10%左右。　　最后，通过现场观测可知，宽窄接缝损伤会影响板体受力变形和稳定性，故而建立了考虑宽窄接缝损伤的屈曲模型，计算该模型受力变化，研究窄接缝弹性模量降低导致截面重心偏移对上拱稳定性的影响，分析发现窄接缝破损对无限长轨道整体结构稳定性影响不明显。但是局部效应会对板体形成引导型上拱，故以此为基础，通过有限元分析软件ABAQUS对局部范围内窄接缝破损引起的无砟轨道热胀上拱稳定性进行了探究，最终研究表明在局部范围内不可忽略宽窄接缝损伤对无砟轨道失稳带来的影响。　　此外，本文为了探究影响轨道稳定性的原因，利用MATLAB数值软件，分析了轨道板厚度、轨道弹性模量、重力荷载、初拱变形等因素对纵连板式轨道上拱稳定性的影响规律，提出了控制轨道上拱的有效措施，对无砟轨道的理论设计有指导性的意义。
作者：	高咪
专业：	土木工程
导师：	杨国涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2022