高速鐵路橋上無縫道岔伸縮力及列車-道岔-橋梁系統(tǒng)空間振動研究

內(nèi)容簡介

　　無縫道岔和橋上無縫線路是高速、重載鐵路強化軌道結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。其力學機理比較復雜，歷來是鐵路現(xiàn)代化技術(shù)研究中的熱點和難點。新建鐵路和城市高架線路，由于受到地形或環(huán)保等條件的制約，不可避免的要將無縫道岔鋪設(shè)在橋上。橋上無縫道岔的出現(xiàn)產(chǎn)生了兩個新的研究領(lǐng)域，即橋上無縫道岔縱向附加力與位移研究以及列車-道岔-橋梁系統(tǒng)動力學研究。由于橋上無縫道岔結(jié)構(gòu)的復雜性，其力學機理比之路基無縫道岔和橋上無縫線路更為復雜，將成為我國大力發(fā)展跨區(qū)間無縫線路過程中的又一關(guān)鍵技術(shù)。目前，我國還沒有在橋上鋪設(shè)無縫道岔的工程經(jīng)驗，相關(guān)的理論儲備也非常少。為了用科學的理論指導未來的工程實踐，本文進行了如下一些開創(chuàng)性的理論研究：　　(1)針對有碴軌道結(jié)構(gòu)，將道岔、橋梁和墩臺視為一個系統(tǒng)，建立了計算橋上無縫道岔(渡線)伸縮力與位移的有限元力學模型。梁體和鋼軌劃分桿單元；岔枕劃分為彈性點支承梁單元；固定支座處橋梁墩臺視為線性彈簧單元；道床縱向阻力、扣件縱向阻力、扣件阻矩、限位器阻力、間隔鐵阻力用非線性彈簧模擬。根據(jù)能量變分原理和形成矩陣的。對號入座“法則”建立了模型求解的非線性方程組?；诳茖W計算語言MATLAB編制了相應(yīng)的計算程序，并實現(xiàn)了計算機運算。　　(2)運用所建立的橋上無縫道岔(渡線)伸縮力與位移計算模型，分析了簡支梁橋上無縫道岔、連續(xù)梁橋上無縫道岔、連續(xù)剛構(gòu)橋上無縫道岔以及連續(xù)梁橋上無縫渡線的伸縮力與位移的分布規(guī)律；將橋上無縫道岔、路基無縫道岔、橋上無縫線路伸縮力與位移的分布規(guī)律進行了對比，研究了其變化規(guī)律；研究了影響橋上無縫道岔伸縮力與位移的參數(shù)，如軌溫變化幅度、梁溫差、扣件阻力、道床阻力、限位器間隙、岔枕抗彎剛度、限位器位置、梁跨長度、橋墩剛度等，并對參數(shù)的合理取值提出了建議?！　?3)針對有碴軌道結(jié)構(gòu)，運用有限單元法，建立了多層支承體系的線路結(jié)構(gòu)空間振動模型。對于路基區(qū)間線路，采用鋼軌一軌枕一道床彈簧-阻尼振動模型；對于路基岔區(qū)線路，采用鋼軌一岔枕彈簧．阻尼振動模型：對于橋上區(qū)間線路和橋上岔區(qū)線路，采用鋼軌一軌枕／岔枕一橋梁彈簧一阻尼振動模型。運用彈性系統(tǒng)動力學總勢能不變值　　原理12J及形成矩陣的“對號入座”法則建立了車輛空間振動方程組、路基區(qū)間線路結(jié)構(gòu)空間振動方程組、橋上區(qū)間線路結(jié)構(gòu)空間振動方程組、路基岔區(qū)線路結(jié)構(gòu)空間振動方程組、橋上岔區(qū)線路結(jié)構(gòu)空間振動方程組。基于科學計算語言MATLAB編制了列車一軌道系統(tǒng)、列車一軌道一橋梁系統(tǒng)、列車一道岔系統(tǒng)以及列車-道岔-橋梁系統(tǒng)空間振動分析程序。利用已有的試驗結(jié)果和研究成果對模型的有效性進行　　了驗證?！　?4)利用所建立的列車-道岔-橋梁系統(tǒng)空間振動模型，以溫?？瓦\專線田螺大橋為例，擬定橋上鋪設(shè)了由兩組38號道岔組成的單渡線，計算了“中華之星”電動車組，按一動四拖的編組方式。分別以200km／h和120km／h的速度直逆向和側(cè)向通過時，列車-道岔-橋梁系統(tǒng)空間振動的動力響應(yīng)，并與列車通過路基無縫道岔和橋上無縫線路的動力響應(yīng)進行了對比，研究了系統(tǒng)響應(yīng)的變化規(guī)律?！　?5)以溫?？瓦\專線田螺大橋為例，分析了影響列車-道岔-橋梁系統(tǒng)空間振動的因素，如列車運行速度、軌下豎向剛度、枕下豎向均布剛度、軌下橫向剛度、枕下橫向均布剛度、道岔區(qū)豎向不平順幅值、橋梁高度、橋梁寬度、橋墩高度等，并對參數(shù)的合理取值提出了建議。　　本文的研究成果對橋上無縫道岔的設(shè)計、施工和養(yǎng)護具有重要的指導意義。

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