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原文传递高速铁路桥上无缝线路纵向附加力三维有限元静力与动力分析研究

论文题名：	高速铁路桥上无缝线路纵向附加力三维有限元静力与动力分析研究
关键词：	高速铁路;无缝线路;纵向附加力;铁路桥;有限元法;空间力学模型
摘要：	高速铁路桥上铺设无缝线路引起的桥梁与钢轨之间的纵向相互作用力，是高速铁路桥梁的重要荷载，梁、轨之间的纵向相互作用力过大，会引起线路失稳、长钢轨折断等严重问题，威胁到高速铁路行车安全；梁、轨纵向相互作用力还是高速铁路桥梁墩台及基础设计的控制性荷载之一；高速铁路梁、轨纵向相互作用力机理研究具有十分重要的工程实用意义。现有桥上无缝线路纵向附加力计算理论大多采用平面模型，而高速铁路桥梁、墩台及荷载均具有很强的空间性，现有力学模型不能很好反映上述工况，具有很大的局限性；高速列车高速行驶在桥梁上或在桥梁上制动，会引起钢轨及桥梁的振动，但高速铁路动态挠曲力及制动力现有研究成果很有限，有关报道很少。针对以前研究的不足，本文在吸收国内外研究成果的基础上，建立了梁、轨纵向相互作用三维有限元静力及动力空间力学计算模型，并用所建立的力学计算模型对高速铁路梁、轨纵向相互作用机理进行了较深入研究，主要内容如下： (1)用Ansys软件建立了梁、轨纵向相互作用三维有限元静力学模型，并对该力学模型进行了相应的验证。 (2)以秦沈客运专线10跨32米双线简支箱形梁桥为例，运用所建立的空间力学模型，分析了高速铁路多跨简支梁桥上无缝线路钢轨纵向附加力基本特征；对不同运行工况、扣件纵向阻力、墩台刚度、支座布置、扣件布置、桥梁跨数、梁温度变化幅度、支座摩擦阻力、钢轨类型、力学计算模型等因素对高速铁路多跨简支梁桥梁、轨纵向相互作用的影响进行了深入研究；考虑钢轨折断时轨枕的约束作用，建立了断轨力空间力学计算模型，以秦沈客运专线10跨32米双线简支箱形梁桥为例，对单根钢轨折断梁、轨纵向相互作用力基本特征及断缝影响因素进行了深入研究。 (3)以秦沈客运专线跨兴闫公路特大桥为例，分析了在设置钢轨伸缩调节器的情况下，温度荷载循环变化引起的塑性残余变形对梁、轨纵向相互作用的影响；分析了该桥在不设置钢轨伸缩调节器的情况下其纵向附加力基本特征及列车运行工况、列车编组长度、扣件纵向阻力、钢轨类型、梁温度变化幅度、支座摩擦阻力、力学计算模型等因素对梁、轨纵向相互作用力的影响；分析了秦沈客运专线跨兴闫公路特大桥在单根钢轨折断时断轨力基本特征，并对断缝影响因素进行了较深入研究；在以上研究的基础上，探讨了秦沈客运专线跨兴闫公路特大桥取消钢轨伸缩调节器的可能性。 (4)建立了制动工况下梁、轨纵向相互作用三维有限元动力分析模型；以秦沈客运专线8跨32米简支箱形梁桥为例，分析了钢轨动态制动力基本特征；并对列车单线及双线对向制动、线路纵向阻力、列车编组、桥梁跨数、墩高、制动初速度等对高速铁路制动附加力动力效应的影响进行了研究。 (5)建立了梁、轨相互作用空间耦合动力学模型，分析了动态挠曲力基本特征；对列车单线及双线对向行车、线路纵向阻力、列车编组、墩高、桥梁跨数、列车运行速度等因素对高速铁路挠曲附加力动力效应的影响进行了研究； (6)在AutoCAD环境下绘制梁及墩台各断面图，利用其内嵌的编程语言VBA结合通用有限元软件Ansys进行二次开发，开发了梁、轨纵向相互作用三维有限元力学模型前处理系统，根据二维断面图自动生成梁体、桥墩、桥台的三维有限元模型，大大减轻了Ansys三维实体建模的难度，提高了三维有限元建模的准确和效率。
作者：	徐庆元
专业：	道路与铁道工程
导师：	陈秀方
授予学位：	博士
授予学位单位：	中南大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文