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原文传递桥梁与路基变形对高速铁路轨道空间线形及列车动力性能的影响研究

论文题名：	桥梁与路基变形对高速铁路轨道空间线形及列车动力性能的影响研究
关键词：	高速铁路;映射关系;车桥耦合振动;桥梁工程;动力特性;轨道不平顺
摘要：	桥梁与路基作为高速铁路的承载结构，在车辆荷载、地基沉降、冻胀或其他极端荷载的作用下，难以避免地会发生多种复杂的结构变形。这些结构变形随时间的累积，会对高速铁路轨道平顺性造成影响，危害列车安全运行。另外，结构空间变形对同一线路左右轨道线形作用不同，双轨空间线型差异性会影响列车运营的稳定性；而目前关于空间尺度下结构变形对轨道线形和列车动力性能影响的研究鲜有开展。因此，本文围绕这一主题，分析结构变形对高速铁路轨面空间线形的作用，研究多种变形模式对列车动力性能的影响，保证铁路高效安全运营。主要工作可概括为：　　（1）推导桥梁-轨道线形空间映射关系模型。基于弹性地基板、空间解析几何等理论，对轨道-桥梁结构相互作用机理进行分析，推导并建立了桥梁变形与轨道线形的空间映射关系模型，该模型具有计算效率高、适用性强的特点；通过编程实现空间映射模型程式化求解，并编写了程序后处理。利用有限元仿真和实验室模型试验结果验证了所建立的通用映射关系模型的适用性和准确性，结果表明桥梁变形-轨道线形空间映射模型能更好反映桥梁变形对轨道空间线形的影响。　　（2）基于建立的桥梁-轨道线形空间映射关系模型，对各种桥梁变形模式下轨道空间线形变化规律进行定性和定量分析，结果显示桥梁结构的空间变形对同一线路左右两侧轨道影响不同，会造成双轨高度差。　　（3）分析多种桥梁变形模式对高速列车动力特性的影响。以5×32m高速铁路简支梁桥和CRTSⅠ板式无砟轨道为对象，建立列车-轨道-桥梁耦合振动分析模型；依据桥梁结构变形对轨道空间线形的影响，将结构变形产生的轨道附加不平顺与随机不平顺样本进行叠加，分析多种桥梁结构变形模式对高速列车行车性能的影响，给出多种变形模式下变形阈值及列车限速建议。　　（4）建立路基变形与轨道线形空间映射关系模型。基于路基和土体温度场分布，提出以“变峰余弦型函数”描述路基冻胀引起的横断面不均匀变形，构建路基空间变形模式函数；基于弹性地基叠合板理论，推导路基变形-轨道线形空间映射模型，该模型可考虑但不局限于路基不均匀沉降、冻胀引起的路基结构变形模式。通过编程实现空间通用映射关系模型的程式化求解，并与ANSYS有限元数值仿真结果对照，验证了空间映射关系模型的准确性。进一步，利用空间映射关系模型，分析了多种路基变形工况对轨道线形的影响。　　（5）以路基标准断面结构和CRTSⅠ型板式无砟轨道为对象，建立列车-轨道-路基耦合振动分析模型；分析多种路基变形工况对高速列车行车性能的影响，结果表明不同车速下列车动力指标对变形波段敏感性有所差异；双轨空间线形差异对列车动力性能有明显影响。
作者：	钟以琛
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	李岩
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2021