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原文传递中低速磁浮梁轨一体轨道梁钢混接头静力性能研究

论文题名：	中低速磁浮梁轨一体轨道梁钢混接头静力性能研究
关键词：	桥梁工程;磁浮梁轨;轨道梁结构;钢混接头;静力性能
摘要：	中低速磁浮具有转弯半径小、爬坡能力强、安全性高和噪声低等优点，已成为城市轨道交通领域富有竞争力的方案；目前，国内已有湖南长沙线、凤凰旅游专线、广东清远线等中低速磁浮交通线路投入运营。已建成的中低速磁浮线路大多采用桥梁和轨道分离的轨道梁结构，这类分离式轨道梁存在建筑高度大、结构整体性不强、未考虑F轨刚度贡献等问题。为此，中铁磁浮交通投资建设有限公司提出了两种适用于中低速磁浮的新型梁轨一体轨道梁结构，即横向贯通式、开孔钢板式轨道梁结构。为明确上述两种轨道梁结构钢混接头的承载能力和传力机理，论文开展了模型试验和有限元仿真分析，并对钢混接头关键设计参数进行了讨论。论文的主要研究内容和结论如下：　　（1）针对梁轨一体轨道梁，建立了整体和局部有限元模型，初步明确了梁轨一体轨道梁整体及其钢混接头的受力性能。以清远线25m跨径简支梁的设计为参考，建立轨道梁整体杆系模型，计算了分离式轨道梁、梁轨一体轨道梁的应力、变形以及自振频率；结果表明：考虑F轨刚度贡献后，结构的刚度可以得到明显提升，轨道梁高降低50cm仍能满足现行设计规范要求。在总结钢混组合结构有限元分析方法后，建立了两种梁轨一体轨道梁钢混接头局部精细有限元模型，初步分析了在设计荷载下两种钢混接头的应力和变形，验证了若为研究钢混接头局部静力性能，60%梁高模型能够代替完整梁高模型进行模型试验。　　（2）设计并完成了针对钢混接头静力性能的模型试验。根据有限元初步分析结果，设计了两种梁轨一体轨道梁钢混接头局部试验模型，制作了3个试验模型，各包含4个钢混接头；介绍了试验模型的制作过程、测点布置以及荷载的施加方式；完成了试验加载，试验现象表明：两种钢混接头均有足够的强度富裕量，混凝土梁体先于钢混接头发生强度破坏。　　（3）通过模型试验与有限元模拟，分析了钢混接头的承载能力、传力机理。模型试验数据分析表明：在1.5倍设计荷载内两种钢混接头整体上处于线弹性状态，在约5.0倍设计荷载下混凝土梁产生若干长度较大的裂缝，钢混接头强度能满足设计要求，且具备较高的富裕度；F轨内外磁极位移差在设计荷载下满足设计限值，但相对富裕量少，连接件应以刚度控制设计。根据试验实际情况，调整钢混接头有限元模型参数，使用实测数据验证其准确性；再使用经验证的有限元模型，分析钢混接头的传力机理，结果表明：在设计荷载水平下，两种钢混接头中竖向荷载的传递主要依赖连接件中钢板的承压作用。　　（4）结合模型试验和有限元分析数据，分析了两种钢混接头中关键构造的设计参数对梁轨一体轨道梁受力性能的影响。结果表明：在参数讨论的数值范围内，横向贯通式钢混接头中连接件顶板厚度增加可明显提升钢混接头的刚度，设计荷载下焊钉处于弹性状态，其型号对传力影响较小；开孔钢板式构造中开孔板厚度增加可提升钢混接头刚度，使传力更加平顺，开孔板连接件处于弹性状态，其参数对传力影响较小。
作者：	黄春雷
专业：	土木工程
导师：	秦世强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022