本文關(guān)鍵詞：高速鐵路路橋過渡段軌道動力特性分析及優(yōu)化設(shè)計研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京交通大學》 2015年

高速鐵路路橋過渡段軌道動力特性分析及優(yōu)化設(shè)計研究

郝建芳  

【摘要】：長期以來,路橋過渡段作為鐵路交通中的突出難點之一,一直困擾著鐵路設(shè)計及工務工作者。早期由于車輛速度低,過渡區(qū)段平順度的要求較低,且多采用有砟軌道結(jié)構(gòu),因此在對路橋過渡段處理時往往是出現(xiàn)問題后再進行養(yǎng)護維修,而真正從設(shè)計上對路橋過渡段的處理則較少。隨著鐵路運行速度的提高以及不同種類無砟軌道結(jié)構(gòu)的應用,過渡段沉降及剛度變化等問題日益凸顯。大量高架結(jié)構(gòu)形式的采用帶來路橋過渡設(shè)置較多的同時,無砟軌道與有砟軌道的交替使用又帶來了有砟—無砟問題的疊加,而CRTS Ⅱ型板式無砟軌道臺后錨固體系的采用對路橋過渡段剛度設(shè)計帶來了一定程度的不明確性,過渡段剛度變化變得更加復雜。高速鐵路過渡段問題成為高速鐵路設(shè)計中亟待解決的問題之一。 本論文針對高速鐵路路橋過渡段、路橋過渡段與有砟—無砟過渡相疊加以及新型CRTS Ⅱ型板式無砟軌道臺后錨固體系過渡等多種過渡段型式,建立精細的車輛—軌道—線下過渡段空間動力學耦合模型,對過渡段動態(tài)沖擊響應進行綜合分析,并對不同過渡段處理方式的影響效果進行綜合評估,給出不同類型過渡段的設(shè)計建議,為高速鐵路不同類型過渡段的設(shè)計提供理論支撐。本文所做的研究工作如下： (1)總結(jié)高速鐵路過渡段的種類以及不同剛度過渡段處理措施研究及應用現(xiàn)狀。 對國內(nèi)高速鐵路過渡段類型進行了歸納與總結(jié),以路橋過渡段為典型研究對象,總結(jié)了過渡段的病害情況以及不同過渡段處理方式及其處理效果。對過渡段理論研究現(xiàn)狀進行了匯總,分析了現(xiàn)有研究的不足,針對目前的研究現(xiàn)狀擬定本文的研究內(nèi)容。 (2)建立高速鐵路車輛—軌道—過渡段基礎(chǔ)空間耦合仿真模型,模型驗證。 運用三維有限元仿真建模方法,通過對過渡段區(qū)域內(nèi)材料及結(jié)構(gòu)參數(shù)的查找與分析,建立可靠的過渡段動力分析模型,所建立的模型主要包括車輛—無砟(有砟)軌道—路基橋梁過渡段仿真模型、車輛—有砟—無砟過渡段—路基橋梁過渡段疊加模型、車輛—無砟(有砟)軌道—端刺—路基橋梁過渡段等模型,所建立的模型耦合程度較高,考慮的因素較為全面,計算結(jié)果可靠。 (3)分別分析路橋過渡段由于剛度差異以及不均勻沉降而產(chǎn)生的沖擊效應。 分別對不同車輛運營速度情況下車輛通過有砟和無砟軌道路橋過渡段時由路基與橋梁剛度差異以及路橋交界處不均勻沉降造成的沖擊效應進行了評估,指出路橋交界處不均勻沉降是產(chǎn)生路橋過渡段沖擊響應的主要因素。針對臺后不均勻沉降問題,選取不同沉降差,對沉降差的限制進行了研究,指出臺后不均勻沉降差應控制在20m范圍內(nèi)20mmm的限值。 (4)分析CRTS Ⅰ型板式無砟軌道臺后端梁及CRTS Ⅱ型板式無砟軌道臺后端刺結(jié)構(gòu)對過渡段動態(tài)沖擊效應的影響。 對兩種無砟軌道臺后端梁及端刺設(shè)置時車輛運營過程中的動態(tài)響應進行了對比分析,分析結(jié)果表明,端梁設(shè)置后對軌道結(jié)構(gòu)沖擊影響較小,端刺設(shè)置后在主端刺位置處由于剛度較大,會產(chǎn)生—定程度的沖擊,因此存在臺后及主端刺位置兩處沖擊,且兩次沖擊程度相當。 (5)針對倒T型端刺及Π型端刺在主端刺位置處產(chǎn)生的二次沖擊,研究合理的處理方式,為消除主端刺后二次沖擊問題提供了思路。 通過對主端刺后的二次沖擊效應程度進行了分析,并以主端刺后路基換填及主端刺后設(shè)置過渡板這兩種方式情況下端刺區(qū)二次沖擊情況進行了評估,指出主端刺后路基換填的優(yōu)勢,并對端刺后過渡板的合理設(shè)置厚度進行了分析,提出了主端刺后過渡板的厚度不應超過300mmm。 (6)分析不同過渡段處理措施對高速鐵路路橋過渡段與有砟—無砟過渡段相疊加情況下的動力響應的影響。 對車輛不同速度通過路橋過渡段與有砟—無砟過渡段時列車運營安全性、舒適性及軌道振動響應等指標進行了評估,對過渡段設(shè)置位置(橋上、路基上或路橋過渡段處)各項動態(tài)指標進行了對比分析,對輔助軌設(shè)置、底座板伸長、有砟軌枕加長及加寬、道砟膠粘等措施對兩種過渡段疊加時影響效果進行了評估,并對綜合處理方式進行了定量評價。在此基礎(chǔ)上對高速鐵路有砟—無砟過渡段設(shè)計方法提出了錯位分級的理念,為今后高速鐵路有砟—無砟過渡段的設(shè)計提供理論依據(jù)。 (7)對土質(zhì)路基和橋梁過渡段在使用倒T型端刺結(jié)構(gòu)的區(qū)域,計算列車循環(huán)荷載下路基長期累積塑性變形,并對其上軌道結(jié)構(gòu)的動力特性進行了分析。 建立列車運行荷載作用下軌道和地基動力相互作用的三維分析模型,求解出地基中動偏應力的分布,對列車循環(huán)動荷載作用下路基累積塑性變形的現(xiàn)有預測模型進行了歸納總結(jié),使用了LiD.Q.和Selig提出的相應的動偏應力、靜強度和其他參數(shù)的計算和確定方法,對路基沿深度方向、橫斷面、縱斷面的累積塑性變形進行了分析。同時對路基累積變形下線路縱斷面上基床頂部、無砟軌道板和鋼軌的變形進行了分析。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U448.13;U213.21
【目錄】：

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本文編號：176909