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高速铁路桥上纵连板式轨道结构参数研究

作　者: 李明鑫
导　师: 周小林
学　校: 中南大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 纵连板式轨道桥梁有限元法动力性能结构参数
分类号: U213.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

高架桥、长大桥已成为高速铁路的主要特征。由于无砟轨道和桥梁结构的特殊性,在长大桥上铺设无砟轨道是受限制的。为了解决这一难题,一种新型的无砟轨道结构一纵连板式轨道被推出,其主要特点是底座板和桥梁之间设置滑动层,解决了在温度荷载作用下的钢轨纵向附加力对桥梁的影响难题,但是此种结构在列车荷载作用下动力性能评价还是很少。本文针对这一新型结构,从竖向振动角度,研究列车与桥上纵连板式轨道系统的动力响应,通过参数分析,提出其结构参数的合理取值范围。根据桥上纵连板无砟轨道的特点,取半宽轨道进行研究,视桥上纵连板式无砟轨道结构为如下模型：钢轨模拟为连续弹性点支承的Euler长梁,轨道板在模型中作为连续粘弹性支承Euler自由短梁,砂浆模拟为线性均布面弹簧和阻尼器,底座板在模型中作为连续粘弹性支承Euler长梁,桥梁被模拟为考虑Rayleigh阻尼的Euler梁,把单个车辆模拟成6个自由度多刚体系统模型,完成了多个车辆运行模拟。运用轮轨密贴假定实现车轮与轨道的位移衔接,应用弹性系统总势能不变值原理和形成矩阵的“对号入座”法则建立系统竖向振动有限元矩阵方程,用MATLAB语言编制了相应振动分析程序,将确定周期性正弦不平顺做为系统激振源进行计算分析,输出主要动力响应时程。应用分析模型研究了行车速度和列车型号对桥上列车动力性能的影响；轨道不平顺幅值、CA砂浆的阻尼、轨道板的单位长度质量、轨道板的弹性模量和厚度、轨下垫层的刚度和阻尼、底座板的单位长度质量、弹性模量和厚度对大系统的动力影响,提出大系统的合理参数配置。文章最后结合前面的分析并参照国内外现有的减振型轨道结构形式,提出了几种桥上纵连板式轨道减振措施。并与原来结构参数进行对比分析,建议一些减振的轨道结构参数。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-22
  1.1 引言  9-10
  1.2 高速铁路无砟轨道的发展现状  10-17
    1.2.1 国外无砟轨道的发展现状  10-15
    1.2.2 国内无砟轨道的发展现状  15-17
  1.3 列车—无砟轨道系统动力学发展状况  17
  1.4 列车—轨道—桥梁结构研究及应用现状  17-20
  1.5 本文研究的内容及意义  20-22
第二章高速列车、轨道与桥梁动力参数评定标准  22-28
  2.1 列车行车安全性与旅客乘坐舒适性评定标准  22-24
    2.1.1 列车运行安全性以及稳定性指标  22-23
    2.1.2 旅客乘坐舒适性指标  23-24
  2.2 轨道结构的振动限定标准  24
  2.3 桥梁结构的振动限定标准  24-27
    2.3.1.桥梁振幅限定标准  24-25
    2.3.2.桥梁刚度限定标准  25
    2.3.3.桥梁的固有频率限定标准  25-26
    2.3.4.振动加速度标准  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章桥上纵连板式无砟轨道结构特点及振动分析模型建立  28-48
  3.1 桥上纵连板式轨道结构特点  28-32
    3.1.1 博格无砟轨道在桥梁上既有方案(FFBru)  28-29
    3.1.2 博格无砟轨道在桥梁上新方案  29-30
    3.1.3 桥上纵连板式无砟轨道结构特点  30-32
  3.2 列车与桥上纵连板式轨道结构系统竖向振动分析模型的建立  32-35
    3.2.1 列车振动分析模型  32-33
    3.2.2 纵连板式轨道结构振动分析模型  33
    3.2.3 桥梁结构振动分析模型  33-34
    3.2.4 列车与桥上纵连板式轨道结构系统竖向振动分析模型  34-35
  3.3 列车与桥上纵连板式轨道结构系统竖向振动方程建立过程  35-43
    3.3.1 列车总势能及列车单元矩阵  35-38
    3.3.2 轨道系统总势能计算  38-42
    3.3.3 桥梁总势能计算  42-43
  3.4 系统振动有限元方程、轮轨力和钢轨支点反力计算  43-47
    3.4.1 系统振动有限元方程  44-46
    3.4.2 轮轨力计算  46-47
    3.4.3 钢轨支点反力计算  47
  3.5 本章小结  47-48
第四章列车与桥上纵连板式轨道结构时变系统竖向振动方程求解  48-61
  4.1 时变系统竖向振动求解流程  48-51
    4.1.1 计算步骤  48-49
    4.1.2 时变系统处理与计算流程图  49-51
  4.2 计算参数  51-54
    4.2.1 列车参数  51-52
    4.2.2 钢轨参数  52
    4.2.3 纵连板式轨道板参数  52-53
    4.2.4 底座参数  53
    4.2.5 桥梁参数  53
    4.2.6 轨面不平顺设置  53-54
  4.3 计算结果  54-60
    4.3.1 高速列车和轮轨的振动响应  54-56
    4.3.2 纵连板式轨道的振动响应  56-58
    4.3.3 桥梁结构的振动响应分析  58-60
  4.4 本章小结  60-61
第五章桥上纵连板式轨道结构参数影响分析  61-91
  5.1 不同列车车型的影响  61-62
  5.2 列车运行速度的影响  62-66
  5.3 轨面不平顺的影响  66-68
  5.4 轨下垫层刚度系数的影响  68-73
  5.5 轨下垫层竖向阻尼的影响  73-76
  5.6 轨道板厚度的影响  76-79
  5.7 轨道板弹性模量的影响  79-80
  5.8 轨道板单位长度质量的影响  80-82
  5.9 CA砂浆阻尼的影响  82-86
  5.10 底座板厚度的影响  86-88
  5.11 底座板弹性模量的影响  88-90
  5.12 本章小结  90-91
第六章桥上纵连板式轨道结构减振设计研究  91-99
  6.1 增设板下橡胶垫层对系统动力学性能的影响  91-94
  6.2 钢轨下橡胶垫板材料性能的改进  94-97
  6.3 增加下部结构的质量和刚度  97-98
    6.3.1 增加轨道板或底座板厚度  97
    6.3.2 增加轨道板或底座板弹性模量  97
    6.3.3 增加桥梁结构的刚度  97-98
  6.4 本章小结  98-99
第七章结论及展望  99-101
  7.1 本文主要完成的工作  99-100
  7.2 今后努力的方向  100-101
参考文献  101-106
致谢  106-107
攻读硕士期间发表的论文及科研情况  107

高速铁路桥上纵连板式轨道结构参数研究

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