随机因素对钢弹簧浮置板过渡段动力响应的影响及钢轨挠度变化率控制指标研究

摘要

由于影响结构完成预定功能的因素存在不确定性，随机因素对工程结构的影响已成为结构设计不可或缺的组成部分。城市轨道交通车轨系统中材料参数、几何参数和结构参数等具有离散性，而轨道交通车辆与轨道系统响应取决于各参数匹配情况，研究轨道参数随机性对过渡段动力响应的影响具有重要意义。
　　本文建立了较为完善的列车-钢弹簧浮置板过渡段动力分析模型，综合运用可靠度分析方法，以整体道床-钢弹簧浮置板过渡段动力分析为基础，研究了过渡段钢轨挠度变化率控制指标，并对不同过渡段方案进行了分析评价。主要研究成果如下:
　　(1)建立了较为完善的列车-钢弹簧浮置板过渡段动力分析模型，模型较为精细的考虑了钢弹簧实际布置形式及不同轨道板间剪力铰的设置等特征，并从钢弹簧受力频谱特性角度验证了模型的正确性;
　　(2)开展了基础组合参数下浮置板轨道进行了模态分析及减振效果分析，计算了地铁列车通过钢弹簧浮置板轨道过渡段时的车体动力响应、轮轨作用力、轨道动力响应，分析了行车安全性、钢弹簧受力频谱特性特点及过渡区段内扣件受力特征。计算结果表明:通过浮置板过渡段时轨道刚度差引起的车体最大垂向加速度0.051 m/s2及最大轮重减载率0.0079，均满足行车舒适性、安全性要求;钢轨垂向位移在轨道过渡段实现了较好过渡，钢轨垂向挠度变化率最大位置为整体轨道与浮置板轨道连接位置;钢弹簧连接力前三阶频率分布满足f0=v/La，f1=2f0，f2=3f0（式中，v为车辆速度，La为车辆长度）的基本规律;浮置板轨道Z振级减振效果为16.1dB，分频振级最大差值为17.4dB，最小差值为13.2dB，振动加速度振级差值17.0dB，均满足减振要求。
　　(3)运用可靠度分析方法，分析了轨道过渡段参数随机性对动力性能的影响，结合可靠度失效概率提出了过渡段钢轨挠度变化率最大推荐限值为1.17mm/m。并进一步检算得到:达到推荐钢轨挠曲率控制限值时的过渡段刚度差与轨道不平顺不利组合综合作用下行车安全性指标满足规范要求;通过对不同过渡段设计方案刚度差评估得到:当工况设置为前三排钢弹簧以扣件间距进行布置，第一排钢弹簧为4个刚度增强后的加密弹簧，后两排各为2个正常钢弹簧，且剩余钢弹簧以两倍扣件间距进行布置时，能够满足过渡段刚度差控制要求。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 浮置板轨道动力问题现状

1．2．2 过渡段动力问题研究

1．2．3 随机因素下结构可靠度研究现状

1．3 本文研究内容

1．4 技术路线

2 结构可靠度分析理论和计算方法

2．1 结构可靠度分析理论

2．1．1 结构可靠度分析的基本概念

2．1．2 设计验算点法计算可靠度

2．1．3 响应面法构造极限状态方程

2．2 计算方法

2．3 本章小结

3 钢弹簧浮置板轨道过渡段动力学分析模型

3．1 车辆动力学分析模型

3．2 浮置板轨道过渡段动力学分析模型

3．2．1 过渡段模型特征

3．2．2 过渡段有限元建模

3．3 轮轨关系

3．4 轨道不平顺

3．5 模型验证

3．6 动力性能评价指标

3．7 本章小结

4 浮置板轨道过渡段动力响应分析

4．1 浮置板轨道固有频率分析

4．2 钢弹簧浮置板轨道过渡段动力响应分析

4．2．1 车体动力响应

4．2．2 轮轨相互作用力

4．2．3 过渡段轨道动力响应

4．3 浮置板轨道减振效果分析

4．4 本章小结

5 轨道参数随机性对钢轨挠度变化率控制指标研究

5．1 轨道参数随机性对过渡段钢轨挠度变化率的影响

5．1．1 轨道参数的随机性

5．1．2 方案设计及响应面结果

5．1．3 过渡段钢轨垂向挠度变化率控制指标

5．2 过渡段钢轨挠度变化率对行车影响分析

5．3 不同过渡段方案设计研究

5．3．1 方案设计

5．3．2 不同过渡段方案动力性能对比

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 未来工作的展望

参考文献

作者简历

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