本文選題：CRTS　切入點：Ⅱ型板式無砟軌道　出處：《北京交通大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：我國目前高速鐵路大量采用CRTS Ⅱ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)。然而,在施工過程中發(fā)現(xiàn),軌道板與CA砂漿層之間存在離縫現(xiàn)象。此離縫發(fā)生的原因為軌道板在其厚度方向受到不均勻的溫度梯度。層間離縫將對運營階段的列車運行安全造成隱患。因此,本文分別從CRTS Ⅱ型板式無砟軌道的靜力學(xué)和動力學(xué)角度,研究了軌道板的溫度翹曲變形及其對車輛-軌道-橋梁(簡稱“車-線-橋”)系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響。主要研究工作及創(chuàng)新點如下:(1)對CRTS Ⅱ型板式無砟軌道的溫度效應(yīng)及動力分析的研究現(xiàn)狀進行綜述對無砟軌道的發(fā)展、板式無砟軌道的溫度效應(yīng)、車-線-橋耦合振動的研究現(xiàn)狀進行總結(jié),并指出CRTS Ⅱ型軌道板溫度翹曲變形及其對車-線-橋系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響研究中所存在的問題。(2)建立并驗證CRTS Ⅱ型板式無砟軌道的有限元模型,分析各因素對軌道板溫度翹曲變形的影響使用有限元軟件對CRTS Ⅱ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)的各組成部分及對應(yīng)連接進行模擬。對所建立的CRTS Ⅱ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)模型,驗證其合理性。為獲得實際軌道板的溫度數(shù)據(jù),對軌道板的溫度進行實地測量。研究自重、CA砂漿層和底座板的溫度-時間效應(yīng)、最不利工況、初溫、縱連等因素對軌道板溫度翹曲變形的影響。(3)研究CRTS Ⅱ型軌道板的溫度翹曲變形機理,分析CRTS Ⅱ型軌道板溫度翹曲變形過程中,溫度梯度作用與整體溫度升降作用分別是如何影響軌道板變形一方面采用有限元軟件比較軌道板在3種不同溫度荷載施加方式下的翹曲變形;另一方面從應(yīng)變角度認(rèn)識軸向拉伸(壓縮)變形、彎曲變形及溫度變形,對整體溫度升降作用、溫度梯度作用下兩種結(jié)構(gòu)的跨中豎向位移進行公式推導(dǎo)。(4)將車橋(或車軌)耦合振動理論推廣應(yīng)用于CRTS Ⅱ型板式無砟軌道的車-線-橋系統(tǒng)將車輛視作剛體,基于達朗貝爾原理建立車輛的運動方程;將CRTS Ⅱ型板式無砟軌道的線橋模型采用有限元法直接建立其運動方程;以軌道不平順作為車-線-橋系統(tǒng)的垂向激勵,利用垂向輪軌接觸模型將車輛與線橋予以聯(lián)系,建立車-線-橋系統(tǒng)的動力平衡方程。利用Newmark-β法的數(shù)值積分方法,可采用直接耦合法、時間步內(nèi)迭代法、全過程迭代法求解車-線-橋系統(tǒng)方程。(5)提出并驗證新的線性近似Hertz接觸模型:割線、切線線性近似模型,分析4種垂向輪軌接觸模型(Hertz非線性接觸理論、輪軌垂向密貼假定,及新提出的割線、切線線性近似模型)對車軌系統(tǒng)的影響對國內(nèi)外文獻中直接應(yīng)用并未驗證的線性化Hertz接觸模型予以修正,提出并驗證新的線性近似Hertz接觸模型:割線、切線線性近似模型,推導(dǎo)其輪軌接觸剛度,并對此模型下垂向輪軌力的表達式予以統(tǒng)一。針對目前已存在的Hertz非線性接觸理論、輪軌垂向密貼假定,及新提出的割線、切線線性近似模型,推導(dǎo)各自的附加動力矩陣,并從車軌系統(tǒng)的動響應(yīng)、時間步長的適應(yīng)條件、輪軌振動的頻譜分析、輪軌接觸剛度等角度,比較4種垂向輪軌接觸模型對車軌系統(tǒng)的影響。(6)建立與CRTS Ⅱ型板式無砟軌道溫度翹曲變形狀態(tài)相對應(yīng)的非線性軌道動力分析模型,研究軌道板溫度翹曲變形引起的附加軌道幾何不平順、軌道剛度不平順對車-線-橋系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響建立與CRTS Ⅱ型板式無砟軌道溫度翹曲變形狀態(tài)相對應(yīng)的非線性軌道動力分析模型,軌道板與CA砂漿層間的剛性連接彈簧采用“間隙”類型,考慮為只受壓不受拉。將軌道板溫度翹曲引起的鋼軌變形作為附加軌道幾何不平順,對路基上與橋上附加軌道幾何不平順的影響分別予以分析。將軌道板的溫度翹曲變形作為其動力分析時的既有靜力變形并誘發(fā)軌道剛度不平順,對路基上與橋上軌道剛度不平順的影響分別予以分析。
[Abstract]:China's current high-speed railway using CRTS type ballastless track structure. However, in the construction process, there is gap phenomenon between track plate and CA mortar. This gap causes for the track plate in the thickness direction is not uniform. The temperature gradient interlayer joints will cause the hidden troubles of traffic the safety of the operation stage. Therefore, this paper from the perspective of statics and dynamics of CRTS type ballastless track, the track plate temperature warping deformation and Bridge on the vehicle track ("train track bridge dynamic response system"). The influence of the main research work and innovations are as follows: (1) review the development of ballastless track of temperature effect and dynamic analysis of ballastless track on CRTS type plate, the temperature effect of ballastless track, the research status of train track bridge coupling vibration are summarized, and the The temperature of CRTS type track plate warpage and problems on the train track bridge dynamic responses existed in the research on the system. (2) the finite element model is established and validated CRTS type ballastless track, analyzes the factors of ballastless track structure of CRTS type plate on the slab warpage the temperature of the use of finite element software components and the corresponding connection was simulated. The ballastless track structure model of CRTS type plate was established, verify its rationality. As the temperature data obtained from the actual track plate, were measured on slab temperature. Research on weight, response time of CA mortar layer and base plate the temperature of the most unfavorable conditions, initial temperature, and other factors on the effect of longitudinal connected slab warpage temperature. (3) mechanism of warping deformation of CRTS type rail board temperature, analysis of temperature warping CRTS type track plate process, temperature The overall temperature gradient effect and role is how to influence the track plate deformation using a finite element software compared to the track plate in warping deformation of 3 different temperature loading mode; on the other hand from the perspective of axial tensile strain (compression) deformation, bending deformation and temperature deformation on the overall temperature effect formula derivation of vertical displacement of mid span two structures under temperature gradient. (4) the bridge (or track) to promote the application of coupled vibration theory for CRTS type ballastless track vehicle track bridge system will be regarded as rigid body motion equation of vehicle, based on the Darren Bell principle to establish the vehicle bridge model CRTS line; type II ballastless track directly establish the motion equation by finite element method; to track irregularity as the vehicle track bridge system vertical excitation, using the vertical wheel rail contact model of vehicle and bridge to the line To establish contact, the dynamic equilibrium equation of vehicle track bridge system. The numerical integration method using Newmark- method, the direct coupling time step iteration method, the whole process of solving the system equation of vehicle - bridge line iteration method. (5) proposed a new approximate linear contact model: Hertz secant, tangent linear approximation model, analysis of 4 kinds of vertical wheel rail contact model (Hertz nonlinear contact theory, the wheel rail vertical close assumption, and new secant, tangent linear approximate linear model) Hertz contact model of vehicle track system in the domestic and foreign literatures in the direct application of not verify the corrected, put forward and verify the new linear approximation of Hertz contact model: secant, tangent linear approximation model, the derivation of the contact stiffness, and the expression model of the vertical wheel / rail force are unified. In view of the existing Hertz non linear contact theory of wheel rail The vertical closure assumption, and put forward the new Secant and tangent linear approximation model, the additional dynamic matrix are derived respectively, and the dynamic response of train track system, to adapt to the conditions of the time step, spectrum analysis of wheel rail vibration, wheel rail contact stiffness angle, comparison of 4 kinds of vertical wheel rail contact model of rail vehicle system. (6) to establish CRTS type ballastless track temperature warping deformation analysis model of nonlinear orbital dynamic state corresponding to the temperature of slab warpage caused by additional track geometric irregularity, track stiffness irregularity of vehicle track bridge system is established and the dynamic response of CRTS type plate ballastless track temperature warping deformation analysis model of nonlinear orbital dynamic state corresponding to the connecting rail plate and CA mortar layer between the rigid spring uses the "gap" type, consider only compression without pull. The track plate temperature warping As an additional rail deformation caused by track irregularity, the influence of subgrade and Bridge additional track geometric irregularity were analyzed. The slab temperature warping deformation as the dynamic analysis of both the static deformation and induce track stiffness irregularity on Subgrade and bridge track stiffness effect the ride was analyzed separately.

【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U211;U441.7

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本文編號：1661396