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原文传递高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路设计理论及方法研究

论文题名：	高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路设计理论及方法研究
关键词：	高速铁路;长大桥梁;无砟轨道;无缝线路设计;空间耦合模型
摘要：	随着我国高速铁路建设的展开，大跨度连续梁结构频繁应用于跨越沟谷、河流及道路，在长大桥梁上铺设无砟轨道无缝线路已不可避免。目前，我国分别在京津城际铁路、武广高速铁路、郑西高速铁路、沪宁城际铁路、广珠城际铁路、京沪高速铁路、广深港高速铁路、郑武高速铁路、合福高速铁路及沪昆高速铁路等线路中的长大桥梁上铺设了无砟轨道无缝线路。但是，在相关的设计、施工、养护和维修中暴露出了一些问题，仍亟待研究解决。　　本文针对当前高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路设计理论及方法研究中存在的不足，在综合分析国内外桥上无缝线路研究现状的基础上，考虑高速车辆、无缝线路、无砟轨道和长大桥梁之间的相互作用机理，建立空间耦合的静、动力学理论分析模型，开展现场静、动态试验，从理论和试验角度对高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路的静、动力学特性开展研究分析和检算评估，并对可适应的温度跨长进行研究，对设计提出合理化的建议。本文的主要工作和成果如下: 　　1、研究了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路的设计参数合理取值　　国内外对于普通桥上无缝线路或有砟轨道无缝线路的设计参数进行了一些理论与试验研究，但针对高速铁路长大桥梁上铺设的无砟轨道无缝线路的设计参数的研究相对较为缺乏。针对既有研究的不足，通过研究和分析德国、日本、其他国家及组织与我国在桥上无缝线路设计参数取值方面的差异，确定了本文研究中应采用的设计参数合理取值。　　2、建立了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路的空间耦合精细化静力分析模型，对其静力学特性和设计参数的影响规律进行了详细的研究　　基于无缝线路、无砟轨道和长大桥梁之间的相互作用机理，首次建立了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路的空间耦合精细化静力分析模型，详尽、细致地考虑了钢轨、扣件、轨道板、砂浆充填层、底座板、凸形挡台、树脂填充层、双块式轨枕、道床板、隔离层、限位凹槽、橡胶垫板、支撑层、滑动层、固结机构、高强度挤塑板、L型侧向挡块、长大桥梁、桥墩、摩擦板、端刺、路基土体等结构的实际参数和细部构成。对温度变化、挠曲作用和制动条件下各细部结构的静力学特性和设计参数的影响规律进行了详细的研究，分析了既有病害的形成机理，对设计提出了合理化的建议。　　3、推导了适用于计算台后锚固体系纵向受力与变形的解析算法　　综合考虑底座板、摩擦板、隔离层、端刺结构和路基土体的相互作用关系，推导出了适用于计算台后锚固体系纵向受力与变形的解析算法，并与有限元空间耦合模型进行了相互验证。基于所建立的解析算法，分析了大端刺设计尺寸、小端刺数量等对台后锚固体系纵向位移的影响规律。　　4、建立了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路的空间耦合精细化动力分析模型，对其动力学特性和设计参数的影响规律进行了详细的研究　　基于高速车辆、无缝线路、无砟轨道和长大桥梁之间的动力耦合作用机理，将高速车辆视为多刚体系统，充分考虑车体、转向架、轮对、轴箱悬挂和中央悬挂系统的各种非线性因素，详尽地考虑钢轨、扣件、无砟轨道、长大桥梁、端刺锚固体系等结构的实际情况，通过刚柔耦合技术，建立了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路的空间耦合精细化动力分析模型。对高速条件下各细部结构的动力学特性进行了计算和验证，对设计参数的影响规律进行了详细的研究，对比分析了不同无砟轨道结构型式条件下的各项动力响应。　　5、开展了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路的现场静、动态试验研究　　通过郑西高速铁路长大桥梁单元式无砟轨道无缝线路和京沪高速铁路京杭运河特大桥纵连式无砟轨道无缝线路的现场静、动态试验，测试了单元式无砟轨道结构内部温度梯度分布规律，研究了长大桥梁上纵连式无砟轨道无缝线路钢轨温度力变化规律，掌握了高速车辆、无缝线路、无砟轨道和长大桥梁之间的耦合振动规律，评估了高速车辆通过长大桥梁无砟轨道无缝线路时的安全性与平稳性。　　6、进行了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路典型工点的静、动态检算评估　　应用高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路设计理论，在对各项静、动态检算评估指标及相关标准进行汇总的基础之上，采用本文所建立的空间耦合精细化静、动力分析模型，针对沪昆高速铁路长昆线岔河特大桥上双块式无砟轨道无缝线路和京沪高速铁路京杭运河特大桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路等两处典型工点，进行了全面的静、动态检算评估。　　7、研究了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路可适应的合理温度跨长　　当桥梁跨度大到一定程度时，为保证轨道和桥梁结构的安全使用，必须采用一定数量的钢轨伸缩调节器。如何确定铺设无砟轨道无缝线路的大跨度混凝土桥梁合理的温度跨长，尽量减少钢轨伸缩调节器的设置是高速铁路长大桥上无砟轨道无缝线路设计的核心技术。应用高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路设计理论，对不同地段不同钢轨磨耗条件下不同气温范围可适应的高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路温度跨长合理取值开展了研究。
作者：	曲村
专业：	道路与铁道工程
导师：	高亮
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文