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(dòng)研究

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　　無縫道岔和橋上無縫線路是高速、重載鐵路強(qiáng)化軌道結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。其力學(xué)機(jī)理比較復(fù)雜，歷來是鐵路現(xiàn)代化技術(shù)研究中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。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(shè)在橋上。橋上無縫道岔的出現(xiàn)產(chǎn)生了兩個(gè)新的研究領(lǐng)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(dòng)力學(xué)研究。由于橋上無縫道岔結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其力學(xué)機(jī)理比之路基無縫道岔和橋上無縫線路更為復(fù)雜，將成為我國(guó)大力發(fā)展跨區(qū)間無縫線路過程中的又一關(guān)鍵技術(shù)。目前，我國(guó)還沒有在橋上鋪設(shè)無縫道岔的工程經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)的理論儲(chǔ)備也非常少。為了用科學(xué)的理論指導(dǎo)未來的工程實(shí)踐，本文進(jìn)行了如下一些開創(chuàng)性的理論研究：　　(1)針對(duì)有碴軌道結(jié)構(gòu)，將道岔、橋梁和墩臺(tái)視為一個(gè)系統(tǒng)，建立了計(jì)算橋上無縫道岔(渡線)伸縮力與位移的有限元力學(xué)模型。梁體和鋼軌劃分桿單元；岔枕劃分為彈性點(diǎn)支承梁?jiǎn)卧?；固定支座處橋梁墩臺(tái)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(duì)號(hào)入座“法則”建立了模型求解的非線性方程組?；诳茖W(xué)計(jì)算語言MATLAB編制了相應(yīng)的計(jì)算程序，并實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)運(yùn)算?！　?2)運(yùn)用所建立的橋上無縫道岔(渡線)伸縮力與位移計(jì)算模型，分析了簡(jiǎn)支梁橋上無縫道岔、連續(xù)梁橋上無縫道岔、連續(xù)剛構(gòu)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(jìn)行了對(duì)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(zhǎng)度、橋墩剛度等，并對(duì)參數(shù)的合理取值提出了建議?！　?3)針對(duì)有碴軌道結(jié)構(gòu)，運(yùn)用有限單元法，建立了多層支承體系的線路結(jié)構(gòu)空間振動(dòng)模型。對(duì)于路基區(qū)間線路，采用鋼軌一軌枕一道床彈簧-阻尼振動(dòng)模型；對(duì)于路基岔區(qū)線路，采用鋼軌一岔枕彈簧．阻尼振動(dòng)模型：對(duì)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(dòng)模型。運(yùn)用彈性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)總勢(shì)能不變值　　原理12J及形成矩陣的“對(duì)號(hào)入座”法則建立了車輛空間振動(dòng)方程組、路基區(qū)間線路結(jié)構(gòu)空間振動(dòng)方程組、橋上區(qū)間線路結(jié)構(gòu)空間振動(dòng)方程組、路基岔區(qū)線路結(jié)構(gòu)空間振動(dòng)方程組、橋上岔區(qū)線路結(jié)構(gòu)空間振動(dòng)方程組?；诳茖W(xué)計(jì)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(dòng)分析程序。利用已有的試驗(yàn)結(jié)果和研究成果對(duì)模型的有效性進(jìn)行　　了驗(yàn)證?！　?4)利用所建立的列車-道岔-橋梁系統(tǒng)空間振動(dòng)模型，以溫?？瓦\(yùn)專線田螺大橋?yàn)槔?，擬定橋上鋪設(shè)了由兩組38號(hào)道岔組成的單渡線，計(jì)算了“中華之星”電動(dòng)車組，按一動(dòng)四拖的編組方式。分別以200km／h和120km／h的速度直逆向和側(cè)向通過時(shí)，列車-道岔-橋梁系統(tǒng)空間振動(dòng)的動(dòng)力響應(yīng)，并與列車通過路基無縫道岔和橋上無縫線路的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了對(duì)比，研究了系統(tǒng)響應(yīng)的變化規(guī)律。　　(5)以溫?？瓦\(yùn)專線田螺大橋?yàn)槔?，分析了影?列車-道岔-橋梁系統(tǒng)空間振動(dòng)的因素，如列車運(yùn)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(duì)參數(shù)的合理取值提出了建議。　　本文的研究成果對(duì)橋上無縫道岔的設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義。

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