板式無砟軌道結構疲勞可靠性分析方法及其應用研究.pdf

1、無砟軌道以其高平順、高穩(wěn)定和少維修的特點而被廣泛應用于高速鐵路和客運專線。隨著列車提速及高速鐵路建設需要，我國的無砟軌道在引進國外先進技術理念的基礎上，通過快速消化吸收和再創(chuàng)新，并經(jīng)大量的試驗段研究及工程建設實踐積累了豐富的設計、建造經(jīng)驗，逐漸形成了具有自主知識產(chǎn)權的無砟軌道技術和相對系統(tǒng)的無砟軌道設計理論體系，為無砟軌道的廣泛應用作出了較大貢獻。然而，由于日常服役中無砟軌道結構面臨的列車荷載、結構及自然環(huán)境等參數(shù)存在明顯的隨機特性，現(xiàn)

2、有設計理論與方法難以完全反映和體現(xiàn)無砟軌道結構的抗疲勞設計需求，也無法對長期服役條件下的無砟軌道結構疲勞性能進行準確評估。本文通過引入可靠性理論，建立考慮荷載、結構和環(huán)境等參數(shù)隨機特性的板式無砟軌道結構疲勞可靠性分析模型，用于分析長期服役條件下的板式無砟軌道結構疲勞可靠性。本文的研究工作促進了可靠性理論與方法在板式無砟軌道結構抗疲勞設計或疲勞性能分析中的應用，具有較高的理論意義和工程應用價值。本論文主要開展了如下研究工作:
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3、1)在廣泛收集國內外研究資料的基礎上，結合無砟軌道結構在長期服役條件下面臨的現(xiàn)實問題，建立描述無砟軌道結構服役中面臨的荷載、結構和自然環(huán)境等參數(shù)隨機特性的數(shù)學模型。利用ABQUAS軟件建立的車輛-軌道-地基耦合系統(tǒng)動力仿真模型，分析了軌道高低不平順激勵下作用于板式無砟軌道結構上的列車荷載分布特征及其參數(shù)取值，提出引入蒙特卡羅法(Monte Carlo)來模擬產(chǎn)生板式無砟軌道結構中荷載、結構等隨機參數(shù)變量樣本。
　　(2)對彈性地基

4、疊合梁模型解析解法計算板式無砟軌道結構橫向彎矩的不足進行修正，提出了利用修正后的彈性地基疊合梁模型解析解分析隨機參數(shù)下板式無砟軌道結構中軌道板和底座板等主體承載結構的列車荷載效應（彎矩）分布特征的方法?？紤]列車輪載、扣件剛度及地基系數(shù)等主要參數(shù)的隨機特性，采用蒙特卡羅法(Monte Carlo)模擬產(chǎn)生這幾種隨機參數(shù)變量樣本，結合修正后的彈性地基雙層疊合梁模型解析解分析確定了這幾種隨機參數(shù)下的板式無砟軌道結構中軌道板和底座板的常用列車荷

5、載效應（彎矩）的分布特征和分布參數(shù)。
　　(3)根據(jù)固體傳熱理論建立和求解得到板式無砟軌道結構溫度場方程，利用城市歷史氣象資料和溫度場方程計算得到代表城市所在地板式無砟軌道結構中標準厚度軌道板和底座板溫度梯度作用（日最值和常用值）和軸向均勻溫度作用（包含日均值、日幅值、日最值和常用值）的多年歷程，通過統(tǒng)計分析確定了不同城市所在地板式無砟軌道結構中這幾種溫度作用的分布特征和分布參數(shù)?；跍囟茸饔酶怕誓Ｐ图胺植继卣鳎岢隽舜_定具有不同

6、概率需求的板式無砟軌道結構溫度作用日最值代表值的計算方法，結合無砟軌道結構特征和相關規(guī)范要求，提出了部分地區(qū)無砟軌道結構溫度梯度作用和軸向均勻溫度作用日最值的建議值。
　　(4)考慮板式無砟軌道結構中軌道板和底座板可能發(fā)生的損傷形式和板的結構特征，分析確定了軌道板和底座板主要的潛在疲勞失效模式，并提出了各種疲勞失效模式的表征指標。根據(jù)鋼筋混凝土結構中材料的疲勞性能，建立了一般條件下（不考慮環(huán)境作用）軌道板和底座板各種疲勞失效模式對

7、應的疲勞可靠性分析模型及極限狀態(tài)方程。在材料疲勞性能常數(shù)中引入環(huán)境作用衰減函數(shù)φ(t)，以考慮大氣環(huán)境碳化作用、寒冷地區(qū)凍融環(huán)境凍融循環(huán)作用的影響。通過試驗研究和理論分析，建立考慮環(huán)境作用的板式無砟軌道結構中軌道板和底座板各種疲勞失效模式對應的疲勞可靠性分析模型及極限狀態(tài)方程。
　　(5)利用本文建立的一般條件下和環(huán)境作用條件下板式無砟軌道結構中軌道板和底座板各種疲勞失效模式對應的可靠性分析模型和極限狀態(tài)方程，對現(xiàn)有的CRTS-Ⅱ