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高速鐵路橋上無縫道岔伸縮力及列車-道岔-橋梁系統(tǒng)空間振動研究
內(nèi)容簡介
無縫道岔和橋上無縫線路是高速、重載鐵路強化軌道結構的關鍵技術。其力學機理比較復雜,歷來是鐵路現(xiàn)代化技術研究中的熱點和難點。新建鐵路和城市高架線路,由于受到地形或環(huán)保等條件的制約,不可避免的要將無縫道岔鋪設在橋上。橋上無縫道岔的出現(xiàn)產(chǎn)生了兩個新的研究領域,即橋上無縫道岔縱向附加力與位移研究以及 列車-道岔-橋梁系統(tǒng)動力學研究。由于橋上無縫道岔結構的復雜性,其力學機理比之路基無縫道岔和橋上無縫線路更為復雜,將成為我國大力發(fā)展跨區(qū)間無縫線路過程中的又一關鍵技術。目前,我國還沒有在橋上鋪設無縫道岔的工程經(jīng)驗,相關的理論儲備也非常少。為了用科學的理論指導未來的工程實踐,本文進行了如下一些開創(chuàng)性的理論研究: (1)針對有碴軌道結構,將道岔、橋梁和墩臺視為一個系統(tǒng),建立了計算橋上無縫道岔(渡線)伸縮力與位移的有限元力學模型。梁體和鋼軌劃分桿單元;岔枕劃分為彈性點支承梁單元;固定支座處橋梁墩臺視為線性彈簧單元;道床縱向阻力、扣件縱向阻力、扣件阻矩、限位器阻力、間隔鐵阻力用非線性彈簧模擬。根據(jù)能量變分原理和形成矩陣的。對號入座“法則”建立了模型求解的非線性方程組?;诳茖W計算語言MATLAB編制了相應的計算程序,并實現(xiàn)了計算機運算?! ?2)運用所建立的橋上無縫道岔(渡線)伸縮力與位移計算模型,分析了簡支梁橋上無縫道岔、連續(xù)梁橋上無縫道岔、連續(xù)剛構橋上無縫道岔以及連續(xù)梁橋上無縫渡線的伸縮力與位移的分布規(guī)律;將橋上無縫道岔、路基無縫道岔、橋上無縫線路伸縮力與位移的分布規(guī)律進行了對比,研究了其變化規(guī)律;研究了影響橋上無縫道岔伸縮力與位移的參數(shù),如軌溫變化幅度、梁溫差、扣件阻力、道床阻力、限位器間隙、岔枕抗彎剛度、限位器位置、梁跨長度、橋墩剛度等,并對參數(shù)的合理取值提出了建議?! ?3)針對有碴軌道結構,運用有限單元法,建立了多層支承體系的線路結構空間振動模型。對于路基區(qū)間線路,采用鋼軌一軌枕一道床彈簧-阻尼振動模型;對于路基岔區(qū)線路,采用鋼軌一岔枕彈簧.阻尼振動模型:對于橋上區(qū)間線路和橋上岔區(qū)線路,采用鋼軌一軌枕/岔枕一橋梁彈簧一阻尼振動模型。運用彈性系統(tǒng)動力學總勢能不變值 原理12J及形成矩陣的“對號入座”法則建立了車輛空間振動方程組、路基區(qū)間線路結構空間振動方程組、橋上區(qū)間線路結構空間振動方程組、路基岔區(qū)線路結構空間振動方程組、橋上岔區(qū)線路結構空間振動方程組。基于科學計算語言MATLAB編制了列車一軌道系統(tǒng)、列車一軌道一橋梁系統(tǒng)、列車一道岔系統(tǒng)以及 列車-道岔-橋梁系統(tǒng)空間振動分析程序。利用已有的試驗結果和研究成果對模型的有效性進行 了驗證?! ?4)利用所建立的 列車-道岔-橋梁系統(tǒng)空間振動模型,以溫??瓦\專線田螺大橋為例,擬定橋上鋪設了由兩組38號道岔組成的單渡線,計算了“中華之星”電動車組,按一動四拖的編組方式。分別以200km/h和120km/h的速度直逆向和側向通過時, 列車-道岔-橋梁系統(tǒng)空間振動的動力響應,并與列車通過路基無縫道岔和橋上無縫線路的動力響應進行了對比,研究了系統(tǒng)響應的變化規(guī)律?! ?5)以溫福客運專線田螺大橋為例,分析了影響 列車-道岔-橋梁系統(tǒng)空間振動的因素,如列車運行速度、軌下豎向剛度、枕下豎向均布剛度、軌下橫向剛度、枕下橫向均布剛度、道岔區(qū)豎向不平順幅值、橋梁高度、橋梁寬度、橋墩高度等,并對參數(shù)的合理取值提出了建議?! ”疚牡难芯砍晒麑蛏蠠o縫道岔的設計、施工和養(yǎng)護具有重要的指導意義。
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