CRTS Ⅱ型轨道板温度变形及其对车—线—桥系统动力响应的影响
本文选题:CRTS 切入点:Ⅱ型板式无砟轨道 出处:《北京交通大学》2017年博士论文
【摘要】:我国目前高速铁路大量采用CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构。然而,在施工过程中发现,轨道板与CA砂浆层之间存在离缝现象。此离缝发生的原因为轨道板在其厚度方向受到不均匀的温度梯度。层间离缝将对运营阶段的列车运行安全造成隐患。因此,本文分别从CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的静力学和动力学角度,研究了轨道板的温度翘曲变形及其对车辆-轨道-桥梁(简称“车-线-桥”)系统动力响应的影响。主要研究工作及创新点如下:(1)对CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的温度效应及动力分析的研究现状进行综述对无砟轨道的发展、板式无砟轨道的温度效应、车-线-桥耦合振动的研究现状进行总结,并指出CRTS Ⅱ型轨道板温度翘曲变形及其对车-线-桥系统动力响应的影响研究中所存在的问题。(2)建立并验证CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的有限元模型,分析各因素对轨道板温度翘曲变形的影响使用有限元软件对CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构的各组成部分及对应连接进行模拟。对所建立的CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构模型,验证其合理性。为获得实际轨道板的温度数据,对轨道板的温度进行实地测量。研究自重、CA砂浆层和底座板的温度-时间效应、最不利工况、初温、纵连等因素对轨道板温度翘曲变形的影响。(3)研究CRTS Ⅱ型轨道板的温度翘曲变形机理,分析CRTS Ⅱ型轨道板温度翘曲变形过程中,温度梯度作用与整体温度升降作用分别是如何影响轨道板变形一方面采用有限元软件比较轨道板在3种不同温度荷载施加方式下的翘曲变形;另一方面从应变角度认识轴向拉伸(压缩)变形、弯曲变形及温度变形,对整体温度升降作用、温度梯度作用下两种结构的跨中竖向位移进行公式推导。(4)将车桥(或车轨)耦合振动理论推广应用于CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的车-线-桥系统将车辆视作刚体,基于达朗贝尔原理建立车辆的运动方程;将CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的线桥模型采用有限元法直接建立其运动方程;以轨道不平顺作为车-线-桥系统的垂向激励,利用垂向轮轨接触模型将车辆与线桥予以联系,建立车-线-桥系统的动力平衡方程。利用Newmark-β法的数值积分方法,可采用直接耦合法、时间步内迭代法、全过程迭代法求解车-线-桥系统方程。(5)提出并验证新的线性近似Hertz接触模型:割线、切线线性近似模型,分析4种垂向轮轨接触模型(Hertz非线性接触理论、轮轨垂向密贴假定,及新提出的割线、切线线性近似模型)对车轨系统的影响对国内外文献中直接应用并未验证的线性化Hertz接触模型予以修正,提出并验证新的线性近似Hertz接触模型:割线、切线线性近似模型,推导其轮轨接触刚度,并对此模型下垂向轮轨力的表达式予以统一。针对目前已存在的Hertz非线性接触理论、轮轨垂向密贴假定,及新提出的割线、切线线性近似模型,推导各自的附加动力矩阵,并从车轨系统的动响应、时间步长的适应条件、轮轨振动的频谱分析、轮轨接触刚度等角度,比较4种垂向轮轨接触模型对车轨系统的影响。(6)建立与CRTS Ⅱ型板式无砟轨道温度翘曲变形状态相对应的非线性轨道动力分析模型,研究轨道板温度翘曲变形引起的附加轨道几何不平顺、轨道刚度不平顺对车-线-桥系统动力响应的影响建立与CRTS Ⅱ型板式无砟轨道温度翘曲变形状态相对应的非线性轨道动力分析模型,轨道板与CA砂浆层间的刚性连接弹簧采用“间隙”类型,考虑为只受压不受拉。将轨道板温度翘曲引起的钢轨变形作为附加轨道几何不平顺,对路基上与桥上附加轨道几何不平顺的影响分别予以分析。将轨道板的温度翘曲变形作为其动力分析时的既有静力变形并诱发轨道刚度不平顺,对路基上与桥上轨道刚度不平顺的影响分别予以分析。
[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.
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U211;U441.7
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,本文编号:1661396
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