高速铁路无砟轨道桥梁梁端过渡板结构参数合理值分析

摘要

高速铁路桥梁在列车荷载、混凝土徐变变形、桥梁墩台基础的不均匀沉降以及温差等因素的作用下，在桥梁的端部将会产生一定的转角或错台位移。当梁端位移大于安全限值要求时，将会对列车的运行安全性及乘客的乘坐舒适性造成不利的影响。在梁端设置过渡板结构是改善梁端轨道结构受力的有效措施，但何种参数的过渡板结构能尽可能大的降低轨道结构的受力、列车的运行平稳性在梁端铺设过渡板结构后能否得到保障，这些都是设计者需要考虑的问题。本文综合静力学与动力学两个角度对梁端过渡板结构自身参数和板上扣件系统参数的合理取值范围进行了分析研究，主要研究内容与结论如下:
　　(1)对过渡板结构改善梁端轨道结构受力的机理进行了详细分析。通过对比分析在铺设过渡板结构前后梁端轨道结构的力学分析模型发现，在梁端变形处设置过渡板结构可以较为明显地改善轨道结构的受力;
　　(2)利用ANSYS建立了设置过渡板结构的2跨32m简支梁的静力分析有限元模型。研究发现，对于发生单侧梁端转角位移时，在铺设过渡板结构后，梁端轨道结构受力改善情况最佳;在单侧梁端发生0.5mm～3mm错台位移情况下，扣件最大下压力减小了75％～83％;在选取的梁端一侧发生转角同时另一侧发生错台位移工况下，扣件最大上拔力减小了79％～85％;在选取的梁端发生对称转角工况下，轨道板最小稳定系数提高了275％～301％。
　　(3)依据轮轨约束关系推导了列车-无砟轨道-过渡板结构-桥梁系统的运动方程，采用Newmark-β法求解系统响应。根据系统的运动方程运用MATLAB编写了求解系统振动响应的程序，分析了增设过渡板结构前后列车通过过渡板结构时的运行平稳性。研究发现，设置过渡板前后车辆的Sperling舒适性指标变化不大，而车体竖向最大振动加速度变化比较大;
　　(4)综合静力与动力计算结果，给出了高速铁路无砟轨道桥梁梁端过渡板结构及其上扣件系统各参数合理取值范围，即过渡板上扣件静刚度宜取19kN/mm～40kN/mm;过渡板上扣件之间距离宜取600mm～630mm;过渡板长度宜取1.3m～2.5m;过渡板结构自身刚度（依靠更改过渡板惯性矩）取≥0.2×3.2×10-3m4以及过渡板板端扣件至支座距离取325mm～400mm。

目录

声明

致谢

摘要

1．1研究背景及意义

1．2无砟轨道桥梁梁端变形研究现状

1．2．1 日本桥梁梁端变形研究现状

1．2．2德国桥梁梁端变形研究现状

1．2．3 我国桥梁梁端变形研究现状

1．2．4我国高速铁路桥梁梁端变形研究综述

1．3 车线桥耦合振动研究现状

1．3．1车辆-轨道相互作用研究现状

1．3．2车辆-桥梁相互作用研究现状

1．3．3车辆-轨道-桥梁相互作用研究现状

1．4本文主要研究内容及方法

1．4．1研究内容

1．4．2技术路线

2 梁端有无过渡板结构静力分析模型

2．1 梁端变形引起扣件系统受力机理分析

2．1．1梁端竖向转角

2．1．2梁端竖向错台

2．2过渡板结构降低梁端轨道结构受力机理分析

2．3无砟轨道静强度限值

2．3．1 扣件系统刚度分析

2．3．2扣件上拔力限值

2．3．3扣件下压力限值

2．3．4钢轨应力限值

2．3．5轨道板稳定系数限值

2．4梁端扣件系统受力解析解

2．4．1梁端竖向转角作用下扣件附加力

2．4．2梁端竖向错台作用下扣件附加力

2．5．1静力计算假定及有限元模型建立

2．5．2模型计算参数汇总

2．5．3静力有限元模型验证

2．6本章小结

3过渡板结构参数合理取值范围静力学分析

3．1 铺设过渡板结构对轨道结构受力的影响

3．1．1 梁端轨道结构在转角作用下的受力

3．1．2梁端轨道结构在错台作用下的受力

3．1．3梁端轨道结构在转角和错台组合下的受力

3．2静力情况下过渡板结构及其上扣件系统参数合理值分析

3．2．1 过渡板上扣件静刚度

3．2．2过渡板上扣件初始扣压力

3．2．3过渡板上扣件间距

3．2．4过渡板刚度

3．2．5过渡板长度

3．2．6过渡板支座刚度

3．2．7过渡板板端扣件至支座距离

3．3本章小结

4车辆-轨道-过渡板-桥梁结构竖向振动模型及方程建立

4．1概述

4．2车辆、轨道、过渡板结构、桥梁模型

4．2．1车辆模型

4．2．2无砟轨道、桥梁模型

4．2．3过渡板结构模型

4．3车桥系统的振动激励与随机模拟

4．3．1轨道不平顺功率谱

4．3．2轨道不平顺的数值模拟

4．4列车-无砟轨道-过渡板结构-桥梁系统运动方程建立

4．4．1桥梁的运动微分方程

4．4．2车辆的运动微分方程

4．4．3列车-轨道-过渡板结构-桥梁系统运动微分方程

4．4．4系统振动方程求解

4．5程序验证

4．6铺设过渡板结构对列车运行平稳性的影响

4．6．1车辆运行平稳性标准

4．6．2梁端有、无过渡板结构的列车运行平稳性对比分析

4．7本章小结

5过渡板结构参数合理取值范围动力学分析

5．1概述

5．2动力情况下过渡板结构及其上扣件系统参数合理值分析

5．2．1过渡板上扣件动刚度

5．2．2过渡板上扣件间距

5．2．3过渡板刚度

5．2．4过渡板长度

5．2．5过渡板板端扣件至支座距离

5．2．6过渡板支座刚度

5．2．7过渡板支座阻尼

5．3 无砟轨道桥梁梁端过渡板结构参数合理取值范围

5．4本章小结

6结论与展望

6．1 本文主要的研究工作以及结论

6．2研究展望

参考文献

学位论文数据集