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桥上无砟轨道无缝单开道岔纵向力分析

作　者: 郭臣
导　师: 李斌
学　校: 兰州交通大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 无砟轨道无缝道岔有限元模型参数研究
分类号: U213.244
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

无缝道岔是跨区间无缝线路的一项关键技术,它可显著提高道岔的运营功能,保持列车高速运行的平稳性和舒适性,因此,无缝道岔设计方法的研究成为国内外铁路部门关注的课题,对该结构进行理论计算和分析,研究各参数取值对结构设计的影响,对于完善桥上无砟轨道无缝道岔的设计理论和方法有着重要现实意义。本文应用ANSYS有限元软件建立三维实体模型,钢轨采用梁单元模拟,轨道板采用实体单元模拟,扣件、间隔铁、限位器和凸型挡台均采用弹簧单元模拟,梁板和桥墩用实体单元模拟,弹性支座用固体单元模拟。本文借助有限元模型,主要进行了以下研究工作：(1)在温度力的作用下,分析了桥梁和无缝道岔的受力和变形,得出桥上无缝道岔受力和变形的一般规律；(2)通过计算,分析影响桥上无缝道岔单开道岔的受力和变形的主要因素：轨温变化幅度、扣件阻力、凸型挡台刚度、支座刚度和桥梁跨度,找出在这些因素的影响下,桥上无缝道岔单开道岔的受力和变形规律；(3)选取制动力为加载工况,计算不同加载工况下结构的受力和变形,找出不同加载工况下道岔和桥梁结构受力和变形的规律,为优化结构提出合理建议。通过计算得出,轨温变化幅度对结构受力影响较大,但一般不会引起结构的破坏,基本轨的扣件刚度对结构受力影响较大,对尖轨和心轨位移影响较小,岔区里轨扣件阻力对结构受力影响较小,扣件阻力增加会明显减小尖轨和心轨位移,但会增大梁轨相互作用力,因此,在满足转辙器要求的条件下,应尽量减小扣件阻力,以减小梁轨相互作用力；凸型挡台刚度的增加有利于轨道结构的稳定,但会增大梁轨相互作用力,应综合考虑取值；支座的刚度对道岔结构受力影响较小；桥梁跨度对结构的受力和位移影响较大,桥梁跨度越大越不利于结构的受力和稳定。在制动力作用下,四种加载工况的受力有两两对称的特性,制动荷载引起的尖轨和心轨位移不大,不会超出转辙器的允许范围,它引起的钢轨的最大拉压应力均出现在桥梁与路基的衔接处,为增强钢轨的使用寿命,在桥梁与路基衔接处可设置刚度过渡段。本文得出的结果对于桥上无缝道岔的理论研究和现场施工与设计有一定的指导作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 无砟轨道概况  9-10
  1.2 桥上无缝线路及无缝道岔的研究现状  10-13
    1.2.1 桥上无缝线路的研究现状  10-12
    1.2.2 桥上无缝道岔的研究现状  12-13
  1.3 本文研究背景及主要研究内容  13-14
  1.4 本章小结  14-15
2 桥上无砟轨道无缝单开道岔结构及计算原理  15-27
  2.1 桥上无砟轨道结构  15
  2.2 无缝道岔结构  15-19
    2.2.1 无缝道岔温度力  16
    2.2.2 无缝道岔联结螺栓  16-18
    2.2.3 无缝道岔联结螺栓紧固扭矩  18-19
  2.3 桥上无缝线路  19-22
    2.3.1 梁轨相互作用原理  19-20
    2.3.2 伸缩力  20-22
  2.4 可动心轨道岔计算原理  22-26
    2.4.1 非线性阻力可动心轨单开道岔计算原理  22-25
    2.4.2 线性阻力可动心轨单开道岔计算原理  25-26
  2.5 本章小结  26-27
3 无砟轨道桥上无缝单开道岔有限元模型  27-36
  3.1 模型的建立  27-28
  3.2 基本假定  28-29
  3.3 计算参数的选取  29-34
    3.3.1 钢轨  29
    3.3.2 扣件  29-31
    3.3.3 限位器及间隔铁  31-32
    3.3.4 轨道板  32
    3.3.5 凸型挡台  32-33
    3.3.6 混凝土底座  33
    3.3.7 桥梁板  33
    3.3.8 支座  33
    3.3.9 桥墩  33-34
  3.4 荷载  34-35
    3.4.1 温度荷载  34
    3.4.2 制动力  34-35
  3.5 本章小结  35-36
4 无砟轨道桥上无缝单开道岔温度力和制动力分析  36-65
  4.1 温度力作用下轨道和桥梁结构的受力和变形  36-42
    4.1.1 基本轨的纵向附加力和位移  37-39
    4.1.2 道岔尖轨和心轨位移  39
    4.1.3 道岔传力部件受力  39
    4.1.4 桥梁板的纵向位移  39-40
    4.1.5 轨道板的纵向受力和位移  40-41
    4.1.6 支座受力  41
    4.1.7 支座和桥墩的纵向位移  41-42
  4.2 温度力作用下轨道和桥梁结构参数影响分析  42-60
    4.2.1 轨温变化幅度  43-46
    4.2.2 扣件刚度  46-51
    4.2.3 凸形挡台刚度  51-55
    4.2.4 支座刚度  55-58
    4.2.5 桥梁跨度  58-60
  4.3 制动力荷载下轨道和桥梁结构受力和变形  60-64
  4.4 本章小结  64-65
5 结论与展望  65-69
  5.1 本文结论  65-68
  5.2 本文不足与展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-72
攻读学位期间的研究成果  72

桥上无砟轨道无缝单开道岔纵向力分析

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