高速磁浮交通迭合式轨道梁变形及力学特性研究

摘要

随着磁浮交通建设的进一步发展，中长距离磁浮线路建设将遇到诸多复杂的地形地质状况，不可避免地需要跨越长距离障碍。目前适合于磁浮列车运行的大跨度轨道梁结构在国内外尚无先例，磁浮迭合梁结构因此被提出来。该结构将带有高精度功能面的轨道梁架设在常规桥梁结构上，以跨越障碍。相关研究至今未见公开报道。磁浮迭合梁结构作为磁浮交通线路不可或缺的一部分，很有必要对其进行深入和系统地研究。
　　 本文从静力学及动力学的角度，对磁浮迭合梁结构进行了深入研究。以磁浮规范为依据，参照磁浮轨道结构和铁路桥梁等方面的现有成果，对磁浮迭合梁结构的研究方法、变形控制指标及限值、变形影响因素及影响规律、结构主要设计参数以及磁浮迭合梁动力设计要求等问题逐一展开研究，研究成果将为磁浮迭合梁结构的方案选择和参数选取提供理论基础和应用参考价值。本文主要研究内容如下：
　　 (1)研究了针对磁浮迭合梁结构的变形控制指标及其限值公式。对磁浮迭合梁与常规轨道梁在结构型式及变形特征等方面进行了对比分析，参考磁浮轨道和铁路桥梁等方面的现有成果，对磁浮迭合梁结构变形分析的控制指标及相应限值公式进行了研究。
　　 (2)开展了磁浮迭合梁选型研究。通过对国内外桥梁规范关于桥梁(或轨道梁)竖向横向刚度限值规定的对比分析，结合磁浮迭合梁的结构特点和受力特点，对迭合梁的上层轨面结构型式、下层桥梁截面刚度以及上下层连接方式等进行了研究。在此基础上，进行了主跨80m的三跨连续迭合梁的方案设计，并建立了有限元分析计算模型。
　　 (3)开展了环境温度、磁浮列车等荷载作用下的迭合梁变形分析。对比国内外桥梁规范关于温度梯度模式的规定，探讨了磁浮迭合梁结构各组成部分的温度梯度模式。对环境温度和磁浮列车等荷载作用下的迭合梁变形特征和变形影响因素进行了研究，得到了迭合梁下层桥梁顶板宽度、边跨比和截面刚度等参数及上下层连接方式对迭合梁变形的影响规律，提出了磁浮迭合梁结构主要设计参数的合理取值范围，并对变形控制指标的限值公式加以修正。
　　 (4)开展了磁浮迭合梁结构动力特性研究。应用结构动力学、车辆动力学及电磁控制理论原理，采用模态综合技术，建立了考虑主动控制磁轨关系的磁浮列车-迭合梁动力分析模型，编制了计算程序。应用本文编制的程序，对磁浮列车通过迭合梁的全过程进行了计算分析，研究了列车运行速度、列车编组、迭合梁边跨比、下层桥梁截面刚度和结构阻尼等相关因素对磁浮列车-迭合梁系统动力响应的影响规律，分析了迭合梁一阶自振频率与动力响应的关系，提出了磁浮迭合梁结构的动力准则。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 高速磁浮交通系统的发展历史与现状

1.1.1 磁浮交通技术的发展

1.1.2 世界各国磁浮铁路建设及规划情况

1.2 磁浮交通系统原理及特点

1.2.1 磁浮交通分类

1.2.2 磁浮线路的构成及基本原理

1.2.3 磁浮交通系统的特点

1.3 磁浮轨道梁结构研究现状

1.3.1 常规磁浮线路结构及存在的问题

1.3.2 磁浮轨道梁结构型式研究进展

1.3.3 磁浮轨道梁温度效应研究现状

1.4 磁浮车线动力学研究现状

1.5 本文主要研究内容

1.5.1 研究意义

1.5.2 研究内容及方法

2 迭合梁变形控制指标及限值研究

2.1 引言

2.2 磁浮迭合梁结构组成

2.3 磁浮迭合梁与常规轨道梁的结构型式及变形特征比较

2.4 德国磁浮线路规范适用性分析

2.5 磁浮迭合梁设计荷载总结

2.6 磁浮迭合梁变形控制指标及限值研究

2.6.1 短波变形控制

2.6.2 长波变形控制

2.6.3 局部变位控制

2.7 本章小结

3 迭合梁结构方案研究及建模

3.1 引言

3.2 磁浮迭合梁结构选型研究

3.2.1 上层轨面结构型式研究

3.2.2 下层桥梁结构型式研究

3.2.3 上下层连接机构

3.3 磁浮三跨连续迭合梁结构方案设计

3.3.1 高速铁路连续梁桥设计基本要求

3.3.2 三跨连续迭合梁方案设计

3.4 基本模型建立

3.5 分析模型建立

3.6 荷载施加情况

3.6.1 基本荷载

3.6.2 荷载组合工况

3.7 模型初步验算

3.8 本章小结

4 环境温度对磁浮迭合梁变形影响研究

4.1 引言

4.2 磁浮迭合梁温度梯度模式研究

4.2.1 迭合梁结构温度分布影响因素分析

4.2.2 上层轨道梁温度梯度模式

4.2.3 下层桥梁结构温度梯度模式

4.2.4 迭合梁整体结构年温差荷载

4.3 温度效应计算方法

4.3.1 结构力学方法

4.3.2 有限元分析方法

4.4 温度荷载作用下迭合梁变形分析

4.4.1 日照竖向温差变形

4.4.2 日照横向温差变形

4.4.3 降温温差变形

4.4.4 年温差变形

4.4.5 温度荷载作用下的局部变位关键控制点总结

4.5 迭合梁温度变形影响因素分析

4.5.1 下层桥梁顶板宽度的影响

4.5.2 下层桥梁截面刚度的影响

4.5.3 上下层连接方式的影响

4.6 长波变形限值公式第一次修正

4.7 本章小结

5 列车荷载作用下迭合梁变形分析及结构主要设计参数研究

5.1 引言

5.2 磁浮列车等荷载作用下的迭合梁变形分析

5.2.1 迭合梁变形分析

5.2.2 列车荷载作用下的局部变位关键控制点总结

5.3 最不利荷载组合工况研究

5.4 磁浮迭合梁结构主要设计参数研究

5.4.1 上下层连接方式对迭合梁列车荷载变形的影响

5.4.2 迭合梁边跨比合理取值范围研究

5.4.3下层桥梁截面刚度合理取值范围研究

5.5 长波变形限值公式第二次修正

5.6 本章小结

6 磁浮迭合梁动力特性研究

6.1 引言

6.2 磁浮列车-迭合梁桥系统的动力性能评价标准

6.3 磁浮列车-迭合梁桥动力分析模型建立

6.3.1 车辆动力学模型

6.3.2 迭合梁桥模型

6.3.3 磁轨关系

6.3.4 计算方法

6.3.5 程序验证

6.4 迭合梁不同位置的动力响应

6.5 磁浮列车-迭合梁桥动力响应影响因素分析

6.5.1 列车编组方式的影响

6.5.2 行车速度的影响

6.5.3 迭合梁边跨比的影响

6.5.4 下层桥梁竖向刚度的影响

6.5.5 下层桥梁结构阻尼的影响

6.6 迭合梁动力特性要求分析

6.7 本章小结

7 结论与展望

7.1 研究结论

7.2 本文研究的主要特点

7.3 有待于进一步研究的问题

参考文献

作者简历

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