高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道端刺及临时端刺的力学特性分析

摘要

我国铁路科研设计人员通过京津城际铁路的工程实践、无砟轨道系统技术总结和系统技术再创新等工作，已经形成具有中国特色的CRTSⅡ型纵连式无砟轨道系统成套技术。
　　 CRTSⅡ型纵连式无砟轨道的最大特点是全桥上底座板不在桥缝处断开而是纵连一直到路基上。为了及时将桥上底座板由于温度和制动产生的纵向力传递到路基中，在长大桥台后设置有端刺及摩擦板。当端刺形式为倒T型时，端刺及摩擦板范围路基需要全部使用掺水泥级配碎石。而我国铁路科研人员设计的双柱型端刺可以应用于标准路基中。
　　 本文利用非线性有限元软件建立车辆-轨道-端刺及摩擦板动力学模型，对比分析了不同形式端刺及摩擦板区结构的动力响应，然后分析了端刺与路基之间的轨面折角、行车速度、扣件布置方式对设置有不同形式端刺的系统动力响应的影响。
　　 模型计算结果表明，由于后移小端刺的刚度过渡作用，设置有后移小端刺的双柱型端刺比无后移小端刺的动力响应要为小；设置有倒T型端刺时系统的垂向位移比设置有双柱型端刺时系统的垂向位移要为小，但是由基床动力响应可以看出双柱型端刺的整体性要好于倒T型端刺；轨面折角对系统动力响应有明显影响，需要设法减小端刺与路基之间的轨面折角，而最大轮轨力即发生在轨面折角起始处；列车、轨道及路基动力响应基本上随行车速度增大而增大；通过合理的扣件布置方式可以减小端刺及摩擦板区域的系统动力响应。
　　 由于我国高速铁路桥梁以长大桥梁为主，故无法一次将纵连的底座板浇筑完成，需要分段浇筑。每一底座板浇筑段分为常规区与临时端刺区。
　　 本文利用通用有限元软件建立底座板-桥梁纵向受力模型，对比分析了底座板与桥梁间滑动层摩擦系数、临时端刺长度及常规区长度对底座板及桥梁的受力影响。模型分析表明临时端刺对常规区纵向位移起到很好的限制作用，但是常规区最外面的固结机构以及临时端刺的固结机构是系统的薄弱环节。建议在底座板施工阶段，底座板与桥梁之间的滑动层摩擦系数保持在0.2～0.5，临时端刺合理长度取值约为800m，而常规区的长度可以根据现场施工条件选择。
　　 图108幅，表31个，参考文献74篇。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第1章 绪论

1.1 纵连板式无砟轨道的发展历史

1.2 CRTS Ⅱ型板式无砟轨道端刺及摩擦板的应用现状

1.3 CRTS Ⅱ型板式无砟轨道临时端刺的应用现状

1.4 CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的静力特性

1.4.1 CRTS Ⅱ型板式无砟轨道列车荷载应力分析

1.4.2 温度力对CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的影响

1.4.3 基础变形对CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的影响

1.5 CRTS Ⅱ型板式无砟轨道动力特性

1.5.1 CRTS Ⅱ型板式无砟轨道板动力特性

1.5.2 CRTS Ⅱ型板式无砟轨道过渡段动力特性

1.6 本文主要研究内容及意义

第2章 端刺及摩擦板动力学模型

2.1 客车车辆模型

2.2 轨道结构过渡段模型

2.3 轮轨耦合关系模型

2.4 轮轨激励模型

2.5 模型实现方法

2.6 模型验证

第3章 端刺及摩擦板动力学特性的分析

3.1 轨道过渡段动力性能评价指标

3.2 不同形式端刺的动力响应分析

3.2.1 无后移小端刺双柱型端刺的动力响应

3.2.2 有后移小端刺双柱型端刺的动力响应

3.2.3 倒T型端刺的动力响应

3.2.4 不同形式端刺的动力响应对比

3.3 轨面折角对系统动力响应的影响

3.3.1 轨面折角对双柱型端刺区域动力响应的影响

3.3.2 轨面折角对倒T型端刺区域动力响应的影响

3.4 行车速度对系统动力响应的影响

3.4.1 行车速度对双柱型端刺区域动力响应的影响

3.4.2 行车速度对倒T型端刺区域动力响应的影响

3.5 扣件布置方式对系统动力响应的影响

3.5.1 扣件布置方式对双柱型端刺区域动力响应的影响

3.5.2 扣件布置方式对倒T型端刺区域动力响应的影响

第4章 临时端刺的力学特性分析

4.1 临时端刺分析模型

4.2 滑动层摩擦系数对底座板及桥梁的影响

4.3 临时端刺长度对底座板及桥梁的影响

4.4 常规区长度对底座板及桥梁的影响

第5章 结论与展望

5.1 主要工作与结论

5.2 未来工作的展望

参考文献

作者简历

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