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不平顺条件下车体及土质路基板式轨道系统力学特性研究

作　者: 李立林
导　师: 李明华
学　校: 华东交通大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 不平顺土质路基车体板式轨道力学模型力学分析
分类号: U213.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

无碴轨道在隧道内、高架结构和桥梁上的应用,已被世界各国铁路部门普遍认可。但是在路基应用方面,尤其在高速铁路土质路基上,由于土质路基的承载能力较低,对动载荷和水浸蚀反应敏感,变形和沉降都难以控制,所以应用还十分谨慎。因此,分析研究路基沉降与轨道不平顺共同作用引起的土质路基无碴轨道及车辆系统的变形、力学特性十分必要且紧迫。本文以轨道不平顺条件下土质路基板式轨道及车体系统为研究对象对其力学特性进行研究。首先建立列车运动整车模型,用Newmark方法通过MATLAB编程求解列车运动方程,计算出了不同波深的轨道谐波不平顺对列车垂向振动加速度的的影响,并参考日本新干线轨道不平顺管理标准及国内轨道不平顺舒适度管理标准,提出了相应的轨道不平顺值参考指标。然后针对在土质路基上铺设板式轨道,利用有限元计算软件ANSYS建立土质路基板式轨道系统非线性力学模型,为使模型能更好地反映的实际的受力状态和变形特征,模型采用实体单元建模,所有结构都以实际尺寸模拟。分析了在列车移动动载荷下3种不同波深竖向谐波不平顺工况对系统的影响,对轨道板、CA砂浆、混凝土基座等的中部与端部及基床的竖向位移、竖向振动加速度、应力状况都进行了分析,得出各自在移动载荷下的时程曲线。从分析结果得知:在3种不同波深的谐波不平顺工况中,轨道板、CA砂浆、混凝土底座及基床表层的位移相差不大,结构的最大沉降量不会超过板式轨道自身的调整量;随着波深的增大,各自的横向、竖向及纵向应力最大值都有明显增大的趋势,但仍远小于设计值;基床表层和底层没有出现拉应力,符合基床表层材料的特性;位移及各种应力的最大值,基本都出现在列车两车轮之间,有时出现在列车前轮即将达到或后轮刚离开的时刻;轨道板在竖向和纵向出现较大的反弯区域,可知轨道板的上下表面在竖、纵两向都有受拉或受压的可能,建议轨道板宜采用双层、双向配筋。最后通过计算分析增大基床刚度对系统各部分的影响,分析结果表明基床刚度条件的改善对降低土质路基板式轨道系统各部分的竖向变形作用十分明显,这样可以为板式轨道预留更多的可调空间。同时增大基床刚度对改善轨道板、CA砂浆、混凝土基座端部的应力状况也有较理想的效果,尤其在改善纵向拉应力方面,这十分有利于充分发挥CA砂浆的缓冲作用及混凝土受压性能好的特性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 前言  9-10
  1.2 国内外土质路基上无碴轨道发展现状  10-19
    1.2.1 日本铁路土质路基上无碴轨道  10-13
    1.2.2 美国沥青铺装少维修轨道  13
    1.2.3 德国铁路土质路基上的无碴轨道  13-17
    1.2.4 其它国家无碴轨道技术  17
    1.2.5 国内铁路土质路基无碴轨道  17-19
  1.3 板式轨道的组成  19-20
  1.4 本文研究的主要内容  20-21
第二章轨道不平顺对车体垂向加速度的影响  21-27
  2.1 整车模型的建立  21
  2.2 建立运动方程及求解  21-25
  2.3 结果分析  25-27
第三章轨道不平顺条件下板式轨道动力学分析  27-55
  3.1 国内外土路基板式轨道计算模型及方法  27-29
  3.2 有限元方法和ANSYS 简介  29-31
  3.3 边界处理  31-34
  3.4 模型计算参数  34-36
  3.5 模型的建立  36-37
  3.6 工况选择  37
  3.7 加载  37-38
  3.8 求解  38
  3.9 结果数据分析  38-55
    3.9.1 位移曲线分析  38-41
    3.9.2 加速度曲线分析  41-44
    3.9.3 应力曲线分析  44-53
    3.9.4 曲线分析结论  53-55
第四章基床刚度对系统的影响  55-70
  4.1 对钢轨竖向加速度的影响  55-56
  4.2 对轨道板的影响  56-59
  4.3 对CA 砂浆的影响  59-63
  4.4 对混凝土基座的影响  63-66
  4.5 对基床表层的影响  66-68
  4.6 对基床底层的影响  68-70
第五章总结  70-73
  5.1 主要工作回顾  70
  5.2 本文的主要结论  70-71
  5.3 展望  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-76
附录A 求解列车运动方程MATLAB 程序  76-80
个人简历在读期间发表的学术论文  80

不平顺条件下车体及土质路基板式轨道系统力学特性研究

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