高速鐵路橋上無縫線路縱向附加力三維有限元靜力與動力分析研究.pdf

1、高速鐵路橋上鋪設(shè)無縫線路引起的橋梁與鋼軌之間的縱向相互作用力，是高速鐵路橋梁的重要荷載，梁、軌之間的縱向相互作用力過大，會引起線路失穩(wěn)、長鋼軌折斷等嚴(yán)重問題，威脅到高速鐵路行車安全；梁、軌縱向相互作用力還是高速鐵路橋梁墩臺及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的控制性荷載之一；高速鐵路梁、軌縱向相互作用力機(jī)理研究具有十分重要的工程實(shí)用意義。 現(xiàn)有橋上無縫線路縱向附加力計(jì)算理論大多采用平面模型，而高速鐵路橋梁、墩臺及荷載均具有很強(qiáng)的空間性，現(xiàn)有力學(xué)模型不能很

2、好反映上述工況，具有很大的局限性；高速列車高速行駛在橋梁上或在橋梁上制動，會引起鋼軌及橋梁的振動，但高速鐵路動態(tài)撓曲力及制動力現(xiàn)有研究成果很有限，有關(guān)報(bào)道很少。 針對以前研究的不足，本文在吸收國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，建立了梁、軌縱向相互作用三維有限元靜力及動力空間力學(xué)計(jì)算模型，并用所建立的力學(xué)計(jì)算模型對高速鐵路梁、軌縱向相互作用機(jī)理進(jìn)行了較深入研究，主要內(nèi)容如下： (1)用Ansys軟件建立了梁、軌縱向相互作用三維有限元

3、靜力學(xué)模型，并對該力學(xué)模型進(jìn)行了相應(yīng)的驗(yàn)證。 (2)以秦沈客運(yùn)專線10跨32米雙線簡支箱形梁橋?yàn)槔?，運(yùn)用所建立的空間力學(xué)模型，分析了高速鐵路多跨簡支梁橋上無縫線路鋼軌縱向附加力基本特征；對不同運(yùn)行工況、扣件縱向阻力、墩臺剛度、支座布置、扣件布置、橋梁跨數(shù)、梁溫度變化幅度、支座摩擦阻力、鋼軌類型、力學(xué)計(jì)算模型等因素對高速鐵路多跨簡支梁橋梁、軌縱向相互作用的影響進(jìn)行了深入研究；考慮鋼軌折斷時(shí)軌枕的約束作用，建立了斷軌力空間力學(xué)計(jì)算模

4、型，以秦沈客運(yùn)專線10跨32米雙線簡支箱形梁橋?yàn)槔?，對單根鋼軌折斷梁、軌縱向相互作用力基本特征及斷縫影響因素進(jìn)行了深入研究。 (3)以秦沈客運(yùn)專線跨興閆公路特大橋?yàn)槔?，分析了在設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的情況下，溫度荷載循環(huán)變化引起的塑性殘余變形對梁、軌縱向相互作用的影響；分析了該橋在不設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的情況下其縱向附加力基本特征及列車運(yùn)行工況、列車編組長度、扣件縱向阻力、鋼軌類型、梁溫度變化幅度、支座摩擦阻力、力學(xué)計(jì)算模型等因素對梁

5、、軌縱向相互作用力的影響；分析了秦沈客運(yùn)專線跨興閆公路特大橋在單根鋼軌折斷時(shí)斷軌力基本特征，并對斷縫影響因素進(jìn)行了較深入研究；在以上研究的基礎(chǔ)上，探討了秦沈客運(yùn)專線跨興閆公路特大橋取消鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的可能性。 (4)建立了制動工況下梁、軌縱向相互作用三維有限元動力分析模型；以秦沈客運(yùn)專線8跨32米簡支箱形梁橋?yàn)槔?，分析了鋼軌動態(tài)制動力基本特征；并對列車單線及雙線對向制動、線路縱向阻力、列車編組、橋梁跨數(shù)、墩高、制動初速度等對高速

6、鐵路制動附加力動力效應(yīng)的影響進(jìn)行了研究。 (5)建立了梁、軌相互作用空間耦合動力學(xué)模型，分析了動態(tài)撓曲力基本特征；對列車單線及雙線對向行車、線路縱向阻力、列車編組、墩高、橋梁跨數(shù)、列車運(yùn)行速度等因素對高速鐵路撓曲附加力動力效應(yīng)的影響進(jìn)行了研究； (6)在AutoCAD環(huán)境下繪制梁及墩臺各斷面圖，利用其內(nèi)嵌的編程語言VBA結(jié)合通用有限元軟件Ansys進(jìn)行二次開發(fā)，開發(fā)了梁、軌縱向相互作用三維有限元力學(xué)模型前處理系統(tǒng)，根據(jù)二