【摘要】：高速鐵路的迅猛發(fā)展極大的推動(dòng)了國家經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步。但與此同時(shí),隨著列車運(yùn)營速度的不斷提高,高鐵鐵路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)服役狀態(tài)及劣化問題開始逐漸顯現(xiàn)。在列車長期循環(huán)荷載和混凝土橋梁收縮徐變等條件的作用下,不可避免會(huì)發(fā)生橋墩沉降和梁體結(jié)構(gòu)變形等諸多病害。而橋墩沉降和梁體結(jié)構(gòu)變形又會(huì)導(dǎo)致上部軌道結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形直至破壞,并最終危及到列車的運(yùn)行安全。本文以高速鐵路橋墩沉降和梁體徐變作用下的橋上無砟軌道線路為研究對(duì)象,通過有限元軟件ABAQUS建立了靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析模型,研究了橋墩沉降、梁體徐變及橋墩沉降和梁體徐變組合效應(yīng)對(duì)無砟軌道線路的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性的影響,主要研究工作如下:(1)對(duì)橋墩沉降作用下的無砟軌道靜力學(xué)特性進(jìn)行了分析基于車輛-軌道相互作用理論,建立了無砟軌道-橋梁耦合靜力學(xué)模型。鋼軌采用梁單元建模,軌道采用實(shí)體單元建模,并根據(jù)實(shí)際情況考慮其預(yù)應(yīng)力配筋,橋梁采用實(shí)體單元建模,支座則考慮為彈簧阻尼單元,同時(shí)將軌道結(jié)構(gòu)中的混凝土材料視為非線性。以此研究了單墩沉降、兩相鄰橋墩沉降、兩非相鄰橋墩沉降三種工況下兩種無砟軌道結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)特性,分析了不同沉降幅值對(duì)無砟軌道靜力學(xué)特性的影響。研究表明:對(duì)于CRTS Ⅰ板式無砟軌道,軌道板的拉、壓應(yīng)力受沉降幅值的影響要大于CA砂漿和底座板的拉、壓應(yīng)力受沉降幅值的影響;兩非相鄰橋墩沉降工況時(shí)軌道板的拉應(yīng)力最大。對(duì)于CRTSⅡ板式無砟軌道,三種工況下的軌道板均會(huì)隨著沉降幅值的增加而出現(xiàn)塑性損傷;兩非相鄰橋墩沉降工況對(duì)CRTSⅡ板式無砟軌道的受力最為不利。(2)對(duì)梁體徐變作用下的無砟軌道靜力學(xué)特性進(jìn)行了分析基于無砟軌道-橋梁耦合靜力學(xué)模型,研究了不同徐變幅值下兩種無砟軌道結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)特性。研究表明:梁體徐變會(huì)導(dǎo)致兩種無砟軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生周期性上拱變形,其中CRTS Ⅱ板式無砟軌道的變形曲線更為平緩。當(dāng)徐變幅值位于5mm～30mm間時(shí),CRTS Ⅰ板式無砟軌道的軌道板和底座板隨著徐變幅值的增加而出現(xiàn)塑性損傷,且底座板對(duì)梁體徐變變形更為敏感,在更小徐變幅值時(shí)出現(xiàn)塑性損傷;CRTSⅡ板式無砟軌道的軌道結(jié)構(gòu)始終未出現(xiàn)塑性損傷。(3)對(duì)橋墩沉降和梁體徐變組合效應(yīng)下的無砟軌道靜力學(xué)特性進(jìn)行了分析選取不同的橋墩沉降幅值和梁體徐變幅值進(jìn)行組合計(jì)算,分析了組合效應(yīng)下兩種無砟軌道系統(tǒng)的靜力學(xué)特性。研究表明:橋墩沉降和梁體徐變的組合效應(yīng)增大了兩種無砟軌道在組合效應(yīng)影響區(qū)域的鋼軌變形程度。CRTS Ⅰ板式無砟軌道的軌道板和底座板的受拉損傷值大于單獨(dú)梁體徐變作用時(shí)的受拉損傷值。對(duì)于CRTSⅡ板式無砟軌道,橋墩沉降和梁體徐變組合效應(yīng)消除了單獨(dú)橋墩沉降作用時(shí)的軌道塑性損傷。(4)對(duì)橋墩沉降和梁體徐變條件下車軌橋系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了分析基于車輛-軌道-橋梁相互作用理論,建立了車輛-無砟軌道-橋梁耦合動(dòng)力學(xué)模型。車輛模型考慮為多剛體耦合體系,鋼軌則采用實(shí)體單元建模,通過輪軌接觸模型連接車輛模型與無砟軌道模型,并考慮軌道不平順的影響。以此研究了脫軌系數(shù)、輪重減載率、車體垂向加速度和車體橫向加速度隨橋墩沉降幅值和徐變幅值變化的影響規(guī)律。研究表明:橋墩沉降和梁體徐變對(duì)脫軌系數(shù)、輪重減載率和車體垂向加速度的影響較大,對(duì)車體橫向加速度的影響較小,其中輪重減載率和車體垂向加速度會(huì)隨著沉降幅值和徐變幅值的增大超出相應(yīng)的車輛安全和舒適性限值。同時(shí)基于車輛安全和舒適性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),給出了橋墩沉降、梁體徐變及橋墩沉降和梁體徐變組合效應(yīng)下兩種橋上無砟軌道系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的沉降限值和徐變限值。
【圖文】：

圖２－１混凝土單軸拉伸下的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系邋

圖２－３混凝土單軸循環(huán)荷載下剛度恢復(fù)效應(yīng)逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ邋ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ邋ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｃｏｎｃｒｅｔｅ邋ｕｎｄｅｒ邋ｕｎｉａｘｉａｌ邋ｃｙｃｌｉｃ邋ｌｏａｄｉｎｇ逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U213.244;U441

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉U，

本文編號(hào)：2690189