高速鐵路橋梁結構變形映射至軌面幾何形態(tài)的定量化研究.pdf

1、中國高速鐵路發(fā)展已經(jīng)從大規(guī)模建設進入長期安全穩(wěn)定運營階段。橋梁結構在墩臺沉降、地震荷載、混凝土收縮徐變、溫度作用和列車循環(huán)動載等長期作用下，可能發(fā)生不可恢復的豎向與橫向變形，從而嚴重影響軌道平順性，最終對高速列車安全運營造成不利影響。本文選取高速鐵路簡支梁橋及其上部CRTSⅠ型單元板式無砟軌道結構為研究對象，提出橋梁-軌道變形映射模型，量化橋梁結構變形對軌面幾何形態(tài)的影響，主要研究內(nèi)容及結論如下:
　　(1)在分析橋梁結構變形對高

2、速列車運營性能影響的基礎上，結合橋梁服役期內(nèi)可能發(fā)生的多種變形模式，對比國內(nèi)外規(guī)范對變形限值的規(guī)定。綜述高速鐵路橋軌相互作用計算模型、層問基礎結構變形協(xié)調(diào)效應和橋軌變形映射關系方面的國內(nèi)外研究成果，指出現(xiàn)有研究存在的問題，闡明了量化橋梁結構變形對軌面幾何形態(tài)影響的必要性。
　　(2)在分析橋梁結構豎向變形導致鋼軌變形機理的基礎上，提出了豎向變形映射模型建立的基本假設條件，通過力學分析，建立了橋梁結構豎向變形與軌面幾何形態(tài)的通用映射

3、解析模型。將鋼軌變形表達為由鋼軌豎向變形的扣件力影響矩陣、軌道板豎向變形的扣件力影響矩陣和橋梁結構變形影響矩陣組成的解析表達式。構建了橋墩沉降、梁體豎向錯臺和梁端豎向轉角三種典型變形模式下的鋼軌變形解析模型，通過MATLAB編程實現(xiàn)了模型求解的程序化。
　　(3)在分析橋梁結構橫向變形與軌面幾何形態(tài)映射機理的基礎上，結合CRTSⅠ型單元板式無砟軌道結構的力學狀態(tài)分析，提出軌道板橫向剛體變形假設，基于靜力平衡及變形協(xié)調(diào)條件，建立了橋

4、梁結構橫向變形與軌面幾何形態(tài)的映射模型。將鋼軌橫向變形表達為由橋梁結構橫向變形影響矩陣、鋼軌橫向變形的扣件力影響矩陣和軌道板橫向變形的扣件力影響矩陣組成的解析表達式。構建了梁端橫向轉角、梁體橫向錯臺映射至軌面的解析表達式，并通過MATLAB編程實現(xiàn)了橋梁結構橫向變形條件下軌面幾何形態(tài)的求解。
　　(4)基于有限元分析軟件ANSYS，建立了橋梁結構與CRTSⅠ型單元板式無砟軌道結構有限元模型。以橋墩沉降、梁體豎向錯臺和梁端豎向轉角三

5、種典型的豎向變形模式和梁體橫向錯臺、梁端橫向轉角兩種典型的橫向變形模式為例，通過有限元模型和中國鐵道科學研究院完成的試驗，對建立的豎向和橫向變形映射解析模型進行驗證。所得的鋼軌變形、扣件受力、鋼軌變形最值及區(qū)域長度均吻合較好，充分驗證了橋梁-軌道變形映射模型的準確性和有效性，且能描述各影響參數(shù)與鋼軌變形之間的關系。
　　(5)基于已驗證的橋梁-軌道變形映射模型，描述了不同變形模式對軌面幾何形態(tài)的映射特征和程度，提出了鋼軌變形延伸系