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原文传递大跨斜拉桥与无砟轨道静动力相互作用研究

论文题名：	大跨斜拉桥与无砟轨道静动力相互作用研究
关键词：	无砟轨道;大跨斜拉桥;力学特性;静动力;挠曲变性;长波不平顺
摘要：	随着我国高速铁路的建设与发展，铁路线路跨越的山川沟壑、江河湖海越来越多，大跨桥梁更多地应用于工程实践中。目前在大跨桥梁上应用的轨道形式主要为有砟轨道，在大跨桥梁上铺设无砟轨道的工程实践较少。大跨桥梁柔性大、挠曲变性复杂，而无砟轨道对平顺性要求高，这二者相互作用机理复杂，从而形成一种结构复杂、变形复杂、受力复杂的系统。对大跨桥上无砟轨道开展研究可以为相关工程实践提供理论指导。　　本文在对现有桥上无砟轨道相关理论进行调研分析的基础上，针对大跨斜拉桥与无砟轨道静、动力相互作用，基于有限元理论，分别建立了精细考虑各轨道结构状态和层间接触关系的无砟轨道-大跨斜拉桥静力分析模型和高铁车辆-无砟轨道-大跨斜拉桥耦合动力分析模型。计算分析了大跨桥上无砟轨道结构的静、动力特性，并提出了针对该桥梁的无砟轨道长波不平顺变形控制建议值。主要研究内容及结论如下：　　（1）建立了精细考虑层间关系的无砟轨道-大跨桥梁静力分析模型和高铁车辆-无砟轨道-大跨斜拉桥耦合动力分析模型。　　基于有限元理论，根据设计参数，建立了精确考虑各部件结构与层间关系的无砟轨道-大跨斜拉桥静力分析模型；基于有限元理论和车辆-轨道-桥梁耦合动力分析理论，建立了高铁车辆-无砟轨道-大跨斜拉桥耦合动力分析模型，并验证了所建立模型的准确性。　　（2）研究了大跨斜拉桥上无砟轨道在桥梁挠曲变形、弹性垫层刚度和轨道板长度影响下的静力学特性。　　基于建立的静力学分析模型，研究了在不同桥梁挠曲变形工况下，轨道结构的应力分布与幅值，确定最不利工况。在最不利工况的基础上，研究了铺设弹性垫层对轨道结构受力状态和层间关系的影响，分析了轨道板长度对轨道结构层间跟随性的影响。研究发现：最不利工况为活载中跨最大变形。铺设弹性垫层可以有效改善轨道结构中的应力集中现象，降低轨道结构应力。轨道板长度对层间跟随性影响不大。　　（3）研究了大跨斜拉桥上无砟轨道系统的动力特性，并对不同参数影响下的系统动力响应进行了分析。　　基于建立的耦合动力分析模型，从轨道结构和桥梁结构的振动特性、车辆行驶特性等方面，对系统的动力响应进行了研究。分析了不同行驶速度、不同垫层刚度和温度引起桥梁挠曲变形条件下系统的动力响应。研究发现：在垫层刚度为0.046N/mm3时，轨道结构动力响应超过规范限值。随着行车速度的增大，系统动力响应有所增大。温度引起的桥梁挠曲变形对系统动力响应影响不大。　　（4）研究了大跨斜拉桥上无砟轨道长波不平顺变形控制值。　　基于建立的耦合动力分析模型，计算车辆敏感波长，选择合适的中点弦测法检测弦长。根据车体动力响应指标，提出了350km/h运行速度下，大跨桥上无砟轨道高低和轨向的长波不平顺变形控制建议值。
作者：	罗堉铭
专业：	道路与铁道工程
导师：	辛涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2023