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设置过渡板结构无碴轨道桥梁梁端竖向转角容许值研究

作　者: 林立科
导　师: 周智辉
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程
关键词: 过渡板结构无碴轨道扣件系统竖向转角容许值
分类号: U213.244
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来,我国高速铁路取得了快速的发展,而桥梁在高铁线路中占据了相当的比例,这其中包括许多大跨度桥梁。在列车荷载、温度、墩台沉降等因素作用下,桥梁梁端产生变形。当梁端位移过大时(尤其大跨度桥梁存在此类问题),扣件附加力将超过限值而导致扣件破坏。本文从减小梁端扣件系统受力出发,对设置过渡板结构的梁端扣件系统受力特性进行了全面的分析,并探讨了设置过渡板结构的梁端竖向转角容许值。主要的研究工作及结论如下：(1)对桥梁梁端轨道结构受力行为进行分析,运用ANSYS分别建立了无过渡板和有过渡板的无碴轨道桥梁梁端轨道结构有限元模型,并验证了模型的可行性。(2)对比分析无过渡板与有过渡板的梁端轨道受力,结果表明过渡板结构对改善梁端扣件系统受力效果显著,其中扣件最大附加下压力可减少22%-79%,最大附加上拔力可减少26%-78%。(3)对影响扣件系统受力的因素进行分析,发现扣件弹性垫板刚度、梁端悬臂长度等因素对扣件附加力影响较大,过渡板处扣件间距对扣件受力有一定影响,而梁高对扣件附加力影响则很小。(4)在因素分析的基础上对过渡板结构进行参数优化,计算结果表明过渡板长度取5.4m(长度范围内包含8组扣件)时最合理,而过渡板的支座位置距梁缝中心的距离应尽量大。(5)对设置过渡板结构的简支梁、大跨桥梁在“桥梁-桥台”、“桥梁-桥梁”处的轨道结构受力进行计算,得到了相应的梁端竖向转角容许值。与现有规范梁端转角限值比较可知,本文提出的梁端竖向转角容许值较现有规范限值宽松一些。为无碴轨道桥梁竖向刚度的检算提供参考。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 论文选题  9
  1.2 高速铁路概况  9-12
    1.2.1 高速铁路发展概况  9-12
  1.3 国外无碴轨道和桥梁变形研究概况  12-16
    1.3.1 德国关于无碴轨道和桥梁变形研究现状  12-14
      1.3.1.1 德国无碴轨道概况  12-14
      1.3.1.2 德国桥梁变形研究概况  14
    1.3.2 日本关于无碴轨道和桥梁变形研究现状  14-16
      1.3.2.1 日本新干线无碴轨道概况  14-15
      1.3.2.2 日本桥梁梁端变形研究概况  15-16
  1.4 国内无碴轨道和桥梁变形研究概况  16-19
    1.4.1 国内无碴轨道概况  16-18
    1.4.2 国内桥梁梁端变形研究概况  18-19
  1.5 本文研究的主要内容  19-21
第二章无碴轨道桥梁梁端结构受力分析模型  21-37
  2.1 无碴轨道桥梁梁端轨道结构受力行为分析  21-24
    2.1.1 梁端竖向转角引起无碴轨道受力行为分析  21-23
    2.1.2 梁端竖向相对位移(错台)引起无碴轨道受力行为分析  23-24
  2.2 轨道结构静强度限值  24-28
    2.2.1 扣件系统节点静刚度曲线  24-27
    2.2.2 扣件上拔力限值  27
    2.2.3 扣件下压力限值  27-28
    2.2.4 钢轨应力限值  28
  2.3 轨道结构静强度解析解  28-31
    2.3.1 梁端竖向转角引起的扣件附加力的解析解  28-30
    2.3.2 梁端错台作用  30-31
    2.3.3 支承弹性系数的确定  31
  2.4 建立有限元模型  31-34
  2.5 设置过渡板梁端轨道结构受力分析的有限元模型  34-36
    2.5.1 过渡板结构  34-35
    2.5.2 设置梁端过渡板的模型的建立  35-36
  2.6 本章小结  36-37
第三章梁端过渡板结构受力影响因素分析及结构参数优化  37-56
  3.1 有、无过渡板结构的模型计算结果对比分析  37-39
    3.1.1 梁端竖向转角引起的轨道结构受力  37-38
    3.1.2 错台引起的轨道结构受力  38-39
    3.1.3 不同荷载工况组合引起的轨道结构受力  39
  3.2 设置过渡板的梁端轨道结构受力分析  39-44
    3.2.1 一侧梁端转角引起的轨道结构受力  39-41
    3.2.2 两侧梁端转角引起的轨道结构受力  41-43
    3.2.3 一侧错台引起的轨道结构受力  43-44
  3.3 设置过渡板结构的梁端轨道结构受力影响因素分析  44-47
    3.3.1 弹性垫板刚度对梁端轨道结构受力的影响  44-45
    3.3.2 梁端悬臂长度对梁端轨道结构受力的影响  45
    3.3.3 扣件间距对梁端轨道结构受力的影响  45-46
    3.3.4 梁高对梁端轨道结构受力的影响  46-47
  3.4 过渡板结构的合理参数  47-54
    3.4.1 过渡板支座刚度  47-48
    3.4.2 过渡板长度与支座位置  48-51
    3.4.3 两端悬臂不对称时过渡板的合理布置方式  51-52
    3.4.4 过渡板强度与稳定性检算  52-54
      3.4.4.1 强度检算  52-53
      3.4.4.2 过渡板稳定性检算  53-54
    3.4.5 过渡板结构的合理参数  54
  3.5 本章小结  54-56
第四章设置过渡板结构无碴轨道桥梁梁端竖向转角容许值的探讨  56-66
  4.1 简支梁跨中挠度与梁端竖向转角关系  56-59
    4.1.1 活载计算图示  56-57
    4.1.2 简支梁梁端转角与跨中挠度的关系  57-59
  4.2 采用过渡板结构无碴轨道桥梁梁端转角容许值  59-64
    4.2.1 轮重荷载作用下扣件最大上拔力和下压力  59-60
    4.2.2 以扣件附加上拔力为控制因素的梁端竖向转角容许值计算方法  60
    4.2.3 简支梁梁端竖向转角容许值  60-62
    4.2.4 大跨度桥梁梁端竖向转角容许值  62-64
    4.2.5 ZK竖向静活载作用下的梁端竖向转角容许值  64
  4.3 本章小结  64-66
第五章结论与展望  66-68
  5.1 本文主要研究工作及结论  66-67
  5.2 今后的工作  67-68
参考文献  68-72
致谢  72-73
攻读硕士学位期间主要的研究成果  73

设置过渡板结构无碴轨道桥梁梁端竖向转角容许值研究

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