郑州高铁站轨道梁结构健康监测技术研究
本文选题:郑州高铁站 切入点:轨道梁 出处:《南京理工大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:郑州高铁站位于郑州市郑东新区,是目前国内最大的交通枢纽之一。其轨道梁采用“钢骨混凝土柱+双向预应力混凝土箱形框架梁+现浇混凝土楼板”的结构体系,在国内高铁承轨桥梁中首次应用,突破了传统单线式桥梁的范围。本课题结合郑州高铁站结构特点,通过在轨道梁的关键位置上安装光纤光栅传感器,构建可以实时动态监测的传感网络,获取列车进出站台过程的应变数据,研究预应力轨道梁在列车移动荷载作用下的动态变形规律。在高铁列车进出站期间,实时同步监测不同列车荷载组合下结构关键截面的应变变化,并通过编写MATLAB程序,对大量的监测数据分析处理,获得各种受力模式下的应变时程曲线,分析列车移动荷载作用对结构的影响。在列车运营1年时间内共捕捉9种不同的荷载模式,由各传感器监测数据可以得到一些基本规律:(1)在列车进站和出站期间,结构变形有明显的对称关系;而随着列车进出站过程,结构会出现明显的周期性变形,振幅由车厢自重与乘客重量决定,变化周期与列车车速表现为负相关,而列车停靠站台期间的数值由列车车轮停靠位置决定。(2)截面跨中位置上部出现压缩应变,下部位置出现拉伸应变,中部位置靠近截面中和轴几乎没有变形,可以得到跨中截面承受正弯矩,而支座截面的变形与跨中截面有明显的对称性。(3)主梁、次梁及横向主梁截面传感器均监测到应变变化,可以判断列车荷载施加在轨道板上,部分荷载通过顺轨向主梁传递至两端柱子,部分荷载通过次梁传递至横向主梁,力在结构中的传递方向明确。(4)横向主梁采用预应力箱梁结构,靠近柱子两端为实心矩形柱,梁跨中位置为空心箱梁,其关键截面上监测到微小的应变,说明相邻轨道间影响很小。结合有限元软件ABAQUS建模计算,对轨道梁结构在列车进出站期间的变形规律进行对比验证。结果表明:FBG传感技术能够准确监测轨道梁结构各截面的应变,较好的实现了对郑州高铁站轨道梁的受力变形状态的实时动态监测,而轨道梁在列车动荷载作用下表现出较好的受力变形性能。
[Abstract]:Located in Zheng Dong New District of Zhengzhou City, Zhengzhou High Speed Railway Station is one of the largest transportation hubs in China at present. Its track beam adopts the structure system of "two-way prestressed concrete box frame beam cast-in-place concrete floor slab of steel reinforced concrete column". For the first time in China, it has broken through the scope of the traditional single-wire bridge. According to the structural characteristics of Zhengzhou high-speed railway station, the fiber Bragg grating sensor is installed at the key position of the track beam. The sensor network which can be dynamically monitored in real time is constructed to obtain the strain data of the train entering and leaving the platform, and the dynamic deformation law of the prestressed track beam under the train moving load is studied. The strain changes of key sections of the structure under different train load combinations are monitored synchronously in real time, and the strain time history curves under various stress modes are obtained by compiling MATLAB program to analyze and process a large number of monitoring data. The influence of train moving load on the structure is analyzed. Nine different load modes are captured in one year of train operation, and some basic laws can be obtained from the monitoring data of each sensor.) during the period of train entry and exit, some basic laws can be obtained from the monitoring data of each sensor. The structural deformation has obvious symmetry relation, but with the train entering and leaving station process, the structure will appear obvious periodic deformation, the amplitude is determined by the weight of the carriage and the passenger weight, and the period of change is negatively correlated with the train speed. However, the value of the train during the stop platform is determined by the train wheel stop position. The compression strain appears in the upper part of the cross section, the tensile strain in the lower part, and almost no deformation in the middle position near the section and the axis. It can be obtained that the middle section of the span bears positive bending moment, while the deformation of the bearing section and the section of the middle section of the span have obvious symmetry. The strain changes are monitored by the sensors of the secondary beam and the transverse main beam, which can be used to judge that the train load is applied on the track slab. Part of the load passes along the track to the main beam to the two ends of the column, and part of the load is passed through the secondary beam to the transverse main beam. The transfer direction of the force in the structure is clear. 4) the transverse main beam is a prestressed box girder structure, and near the two ends of the column is a solid rectangular column. The central position of the beam is a hollow box girder. The small strain is monitored on the key section of the beam, which shows that the influence between adjacent tracks is very small. The finite element software ABAQUS is used to model and calculate. The deformation law of rail beam structure during train entry and exit station is compared and verified. The results show that the strain of rail beam structure can be accurately monitored by the FBG sensor technology. The real-time dynamic monitoring of the deformation state of the track beam in Zhengzhou high-speed railway station is well realized, and the track beam shows a better mechanical deformation performance under the dynamic load of the train.
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U446
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,本文编号:1598604
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