考虑速度锁定器的重载铁路桥梁纵向动力问题研究

摘要

近年来，重载铁路因其运能大、效率高、运输成本低而得到飞速发展，但是我国现有铁路桥梁设计规范中设计荷载偏低，不适应重载铁路大轴重的要求。铁路桥梁承受的各种载荷中，作用于轨面的制动力与铁路活载的大小相关，列车轴重增加直接导致制动力的增加，有可能造成实际制动力超出设计荷载而引起桥梁下部结构损坏。重载铁路桥梁为连续布置的简支梁时，列车制动只有列车轮对所在梁跨的固定墩承担制动力，不能充分发挥桥梁的整体纵向承载性能。如安装速度锁定器，则一方面可在制动时将各梁跨纵向耦联，使全桥各墩共同承担制动力，达到改善桥梁受力状态的目的;另一方面又允许桥梁在发生温度变形时保持静定体系，不致产生温度附加力。
　　本文主要讨论速度锁定器在铁路桥梁中的应用，从制列车动力的计算、车桥纵向耦合系统分析、速度锁定器应用的探讨三个方面入手，在参考国内外速度锁定器应用在公路桥成果的基础上，以朔黄铁路简支T型梁桥为工程背景，对考虑设置速度锁定器的重载铁路桥梁纵向动力问题进行研究，主要包括以下几个方面:
　　(1)对列车轨道桥梁纵向动力相互作用的研究方法进行总结，介绍桥梁系统、车辆系统的建模方法，轮轨关系的模拟以及全过程迭代法的求解过程，并提出一种切合实际的列车制动力的计算方法。
　　(2)研究现状重载铁路桥梁在列车制动力作用下的响应及钢轨纵向应力、钢轨纵向位移、梁端纵向位移、支座纵向反力、墩顶纵向反力等控制指标，并分析了其随列车制动形式的变化规律。
　　(3)选取合理的单元模拟速度锁定器，结合速度锁定器的工作原理和荷载-速度曲线，建立了车-桥速-度锁定器耦合动力学模型，并针对工程实例探讨速度锁定器的参数选取方法，进而确定了其关键参数，分析了其作用效果。
　　(4)针对背景桥梁，提出并分析了桥上速度锁定器的布置方案，通过列车制动时关键指标的对比，确定最优的布置方案;推导了速度锁定器在卡死状态下温度应力的重分布公式，研究了该不利状况对桥梁承载性能的影响。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 重载铁路的概述

1．2．1 重载铁路发展

1．2．2 国外重载铁路的运输现状

1．3 车辆-轨道-桥梁动力相互作用研究的发展

1．4 速度锁定器在桥梁中的应用

1．5 本文研究的主要内容

2 列车-轨道-桥梁动力相互作用的分析方法

2．1 铁路车辆建模方法

2．2 桥梁的建模方法

2．3 轮轨相互作用

2．3．1 轮轨垂向密贴假定

2．3．2 蠕滑理论的线性简化

2．4 运动方程的建立和求解

2．4．1 车桥系统动力方程的建立

2．4．2 全过程迭代法求解运动方程

2．5 铁路桥梁列车制动力的计算

2．6 速度锁定器的建模处理方法

2．7 本章小结

3 列车制动力作用下重载铁路桥梁纵向动力学分析

3．1 工程背景

3．2 模型的建立及求解

3．3 桥梁纵向响应分析

3．4 本章小结

4 速度锁定器的优化布置研究

4．1 速度锁定器参数的选取

4．2 速度锁定器优化布置方案

4．3 速度锁定器卡死状态下对桥梁结构的影响

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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