连续梁桥上无缝线路纵向附加力研究

摘要

在桥上铺设无缝线路，可有效减少轮轨相互之间产生的动力作用，改善桥上无缝线路的运营条件，也使轨道养护维修的工作量明显减少，有利于延长桥梁和轨道的使用年限，因此桥上铺设无缝线路逐渐成为国内外广泛研究的重要课题。而桥上无缝线路作为铁路建设中的主要技术难题，其计算实体模型和计算理论方法的研究必然要经历一个不断探索和逐渐完善的过程。目前，关于桥上无缝线路纵向附加力的算法较为繁琐，缺乏通用性，且我国对桥上无缝线路纵向附加力的研究大多数针对简支梁桥，对于大跨度连续梁桥的研究尚未成熟。由于连续梁桥构造型式的特殊性，给桥上无缝线路技术的研究带来了新的课题，所以要求对桥上无缝线路的研究向着更深更远的方向发展。
　　本文在综合国内外大量理论研究和试验成果的基础上，全面的分析了连续梁桥上无缝线路纵向附加力的研究现状和计算原理，并在综合考虑梁轨之间相互作用、相互约束及列车荷载作用的基础上，结合有限单元法建立了“钢轨-桥梁-支座”一体化的实体计算模型，同时，运用有限单元法和牛顿迭代法编制了连续梁桥上无缝线路纵向附加力的Fortran语言计算程序。结合实际工点计算分析不同构造型式的连续梁桥，采用不同阻力模型进行了挠曲附加力、伸缩附加力、断缝及断轨力的研究，并进行分析比较得出相应附加力的分布规律，可供工程应用参考。
　　论文主要研究内容有：
　　①根据桥上无缝线路各种纵向附加力产生原因和梁轨相互作用基本原理及基本微分方程，运用有限单元法和牛顿迭代法，对连续梁桥上无缝线路产生的各种纵向附加力的求解过程进行理论分析。
　　②综合考虑梁轨之间相互作用、相互约束及列车荷载作用的基础上，结合结构有限元软件 ANSYS建立“钢轨-桥梁-支座”一体化的三维空间非线性有限元实体计算模型。
　　③根据梁轨相互作用的基本原理和基本微分方程，运用有限单元法和迭代法编制了连续梁桥上无缝线路纵向附加力的Fortran语言计算程序。与结构有限元软件ANSYS计算结果相互结合，计算出无缝线路上各个截面点的挠曲力、伸缩力及断轨力，对比分析即可得到相应纵向附加力的分布规律、钢轨产生的最大纵向附加压力和拉力以及梁轨的最大位移量，进而分析最不利荷载分布情况。
　　④针对不同截面类型的连续梁桥，分别建立槽型和箱型连续梁桥上无缝线路的计算模型，进行纵向附加力的对比研究，进而得出一定结论。
　　⑤针对桥梁跨数不断增加、联长不断增长，连续梁桥上无缝线路产生的挠曲力和伸缩力是否发生变化，且有什么样的变化规律这一问题进行讨论。
　　⑥程序计算语言中，基本参数的选取依据两种不同情况：一种是2003年颁布的《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》；另一种是2012年新颁布的《铁路无缝线路设计规范》。程序计算语言中纵向阻力分别选用两种参数进行计算，对计算所得的纵向附加力进行对比分析。

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1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外桥上无缝线路的发展概况

1.3桥上无缝线路研究中尚存在的问题

1.4本文主要研究的内容及创新点

2 桥上无缝线路相互作用原理与计算方法

2.1桥上无缝线路梁轨相互作用原理

2.2梁轨相互作用的计算方法

3 桥上无缝线路相互作用有限元分析及数值模拟

3.1有限单元法及ANSYS软件简介

3.2 模型建立

3.3 建模时参数选取

3.4 本章小结

4 连续梁桥上无缝线路计算程序

4.1 编程的原则

4.2 程序设计中的基本参数

4.3 程序计算编制

5 不同截面类型的连续梁桥上无缝线路挠曲力研究

5.1 槽型连续梁桥上无缝线路在不同工况下的挠曲力

5.2 箱型连续梁桥上无缝线路在不同工况下的挠曲力

5.3 本章小结

6 不同跨数连续梁桥上无缝线路纵向附加力研究

6.1 不同跨数连续梁桥上无缝线路挠曲力

6.2 不同跨数连续梁桥上无缝线路伸缩力

6.3 本章小结

7 连续梁桥上无缝线路断缝及断轨力的研究

7.1 断缝的计算方法

7.2 断轨力的计算

7.3 本章小结

结论

(1) 本文完成的主要工作成果

(2) 今后努力的方向

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果