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高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路纵向力研究

作　者: 孔文斌
导　师: 雷晓燕
学　校: 华东交通大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 长大桥梁纵向力桥跨数扣件阻力桥墩刚度梁温变化断缝值
分类号: U213.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 84次
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内容摘要

十一五规划以来,我国不断加大了高速铁路发展力度,高速铁路建设规模得到空前壮大,到2020年,我国将建设客运专线1.6万公里以上。高速铁路长大桥梁较多,主要采用无砟轨道结构和跨区间无缝线路技术。对于高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路,由于其梁跨较大,线路结构较复杂,导致无缝线路钢轨纵向力也较一般桥梁的大,受力和变形关系非常复杂。本文结合京沪高速铁路工程实际,建立了京沪高铁整桥双线有限元模型,并对高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路纵向力及其影响因素进行了计算分析,主要的研究内容如下:1、在高速铁路长大桥梁梁轨相互作用原理基础上,建立了京沪高速铁路整桥双线有限元模型,并参照国内外相关文献资料选取了模型参数和荷载参数。该模型中钢轨、梁和墩台采用梁单元beam3进行模拟,扣件纵向阻力采用非线性弹簧单元combin39模拟,扣件垂向力学特性和墩台刚度采用线性弹簧单元combin14模拟,从而使挠曲力能够通过轨道直接加载。2、利用京沪高铁整桥双线有限元模型,以京沪高铁10跨32m混凝土简支箱梁为例,分别对10跨32m混凝土简支箱梁钢轨所受到的附加伸缩力、附加挠曲力、制动力和断轨力进行了计算并分析,在求解各纵向附加力时,只考虑它们单独作用,不考虑相互叠加影响。3、从桥跨数、扣件阻力、桥墩刚度和梁温变化等方面对高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路的附加伸缩力、附加挠曲力、制动力的影响进行了计算分析,同时考虑了断缝值的影响因素,主要包括扣件阻力、桥墩刚度、梁温变化值、轨温变化值和断缝位置。本文主要结论如下:1、对于高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路双线轨道,由于温度荷载的对称性,四股钢轨的附加伸缩力完全一样。钢轨附加伸缩力在桥梁两端桥台处较大,在梁中间处较小;相反,钢轨的伸缩位移在桥梁中部达到最大值,在桥台处较小。2、列车在双线简支箱梁上单线运行时,其附加挠曲力值较小,四根钢轨的附加挠曲力有所差别,但差别不大。钢轨附加挠曲力在桥台处较大,钢轨纵向位移则在桥梁中部较大,在桥台处较小。3、四根钢轨的制动力有较大的差别,钢轨制动位移在桥梁中部最大,在桥梁两端较小;制动力在桥台处较大,桥梁中部几乎为0。4、由于断轨引起的梁、轨纵向相互作用,钢轨纵向位移有较大程度的增加,在断缝处,钢轨位移发生突变,钢轨纵向力也有非常大的改变;但在远离断缝处,钢轨纵向附加力及位移基本不受影响,四根钢轨在0号台处温度力与位移几乎完全重合。5、钢轨最大附加伸缩力和最大附加挠曲力都是随着桥梁跨数的增加而增加,但增幅较小,影响不大;桥梁的跨数对钢轨最大制动力则有一定的影响,随着桥梁跨数的增加,钢轨最大制动力也逐渐增加,当桥跨数相同时,有载侧钢轨最大制动力远大于无载侧钢轨最大制动力。6、扣件阻力对钢轨最大附加伸缩力和最大附加挠曲力的影响都比较大,都是随着扣件阻力值的增加而增加,且增幅较大;钢轨最大制动力受扣件阻力的影响则相对较小,对于有载侧,钢轨最大制动力随着扣件阻力的增加而减小,而对于无载侧,钢轨最大制动力随着扣件阻力的增加而增加。7、钢轨最大附加伸缩力随着桥墩刚度的增加而增加,但增长速度较慢;桥墩刚度对钢轨最大附加挠曲力影响不大,主要是因为桥台刚度大于桥墩刚度,钢轨最大附加挠曲力主要由桥台刚度决定;钢轨最大制动力随着桥墩刚度的增加而下降,且降幅较大,说明桥墩纵向刚度对钢轨最大制动力有很大的影响。8、钢轨最大附加伸缩力随着梁温的升高而逐渐增大,当达到一定温度时,其增长趋势变得缓慢。9、断缝值随着扣件阻力和桥梁刚度的增加而减少,其开始时都是减少得较快,随后趋于缓慢;断缝值随着梁降温幅度的增加而增加,但是幅度比较小;断缝值随着钢轨降温幅度的增加而增加,并且幅度比较大;钢轨在桥梁两端桥台处断裂时断缝值较小,在桥梁中部断裂时较大。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
主要符号说明  11-12
第一章绪论  12-25
  1.1 课题研究的背景和意义  12-13
  1.2 国内外板式无砟轨道发展概况  13-18
    1.2.1 国外板式无砟轨道发展概况  13-16
    1.2.2 国内板式无砟轨道发展概况  16-18
  1.3 国内外桥上无缝线路纵向力研究现状  18-23
    1.3.1 国外桥上无缝线路纵向力研究现状  18-20
    1.3.2 国内桥上无缝线路纵向力研究现状  20-23
  1.4 本文研究的主要内容  23-25
第二章长大桥梁梁轨相互作用原理及有限元模型  25-50
  2.1 长大桥梁梁轨相互作用原理  25-27
    2.1.1 附加伸缩力  25-26
    2.1.2 附加挠曲力  26-27
    2.1.3 制动力  27
    2.1.4 断轨力  27
  2.2 长大桥梁钢轨纵向力的计算方法  27-31
    2.2.1 扣件阻力为常量  29-30
    2.2.2 扣件阻力为变量  30-31
  2.3 长大桥梁钢轨纵向力的有限元模型  31-38
    2.3.1 国内外有限元力学模型  31-35
    2.3.2 本文有限元模型的建立  35-37
    2.3.3 本文有限元模型的基本假设  37-38
  2.4 长大桥梁钢轨纵向力的计算参数  38-47
    2.4.1 模型参数  38-44
    2.4.2 荷载参数  44-47
  2.5 模型验证  47-50
第三章高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路纵向力静力分析  50-63
  3.1 附加伸缩力静力计算  50-52
    3.1.1 附加伸缩力静力计算结果及分析  51-52
  3.2 附加挠曲力静力计算  52-55
    3.2.1 附加挠曲力静力计算结果及分析  53-55
  3.3 制动力静力计算  55-58
    3.3.1 制动力静力计算结果及分析  56-58
  3.4 断轨力静力计算  58-62
    3.4.1 断轨力静力计算结果及分析  59-62
  3.5 本章小结  62-63
第四章高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路纵向力影响因素分析  63-78
  4.1 桥跨数  63-66
    4.1.1 计算结果及分析  63-66
  4.2 扣件阻力  66-69
    4.2.1 计算结果及分析  66-69
  4.3 桥墩刚度  69-73
    4.3.1 计算结果及分析  70-73
  4.4 梁温变化  73-74
    4.4.1 计算结果及分析  73-74
  4.5 断缝值影响参数  74-77
    4.5.1 计算结果及分析  74-77
  4.6 本章小结  77-78
第五章结论与展望  78-81
  5.1 结论  78-79
  5.2 展望  79-81
致谢  81-82
参考文献  82-85
个人简历在读期间的科研及发表的学术论文  85

高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路纵向力研究

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