高速铁路桥墩沉降及梁体徐变对桥上无砟轨道力学性能的影响

发布时间：2020-05-31 17:09

【摘要】：高速铁路的迅猛发展极大的推动了国家经济的进步。但与此同时,随着列车运营速度的不断提高,高铁铁路基础结构服役状态及劣化问题开始逐渐显现。在列车长期循环荷载和混凝土桥梁收缩徐变等条件的作用下,不可避免会发生桥墩沉降和梁体结构变形等诸多病害。而桥墩沉降和梁体结构变形又会导致上部轨道结构发生较大变形直至破坏,并最终危及到列车的运行安全。本文以高速铁路桥墩沉降和梁体徐变作用下的桥上无砟轨道线路为研究对象,通过有限元软件ABAQUS建立了静力学和动力学分析模型,研究了桥墩沉降、梁体徐变及桥墩沉降和梁体徐变组合效应对无砟轨道线路的静力学和动力学特性的影响,主要研究工作如下:(1)对桥墩沉降作用下的无砟轨道静力学特性进行了分析基于车辆-轨道相互作用理论,建立了无砟轨道-桥梁耦合静力学模型。钢轨采用梁单元建模,轨道采用实体单元建模,并根据实际情况考虑其预应力配筋,桥梁采用实体单元建模,支座则考虑为弹簧阻尼单元,同时将轨道结构中的混凝土材料视为非线性。以此研究了单墩沉降、两相邻桥墩沉降、两非相邻桥墩沉降三种工况下两种无砟轨道结构的静力学特性,分析了不同沉降幅值对无砟轨道静力学特性的影响。研究表明:对于CRTS Ⅰ板式无砟轨道,轨道板的拉、压应力受沉降幅值的影响要大于CA砂浆和底座板的拉、压应力受沉降幅值的影响;两非相邻桥墩沉降工况时轨道板的拉应力最大。对于CRTSⅡ板式无砟轨道,三种工况下的轨道板均会随着沉降幅值的增加而出现塑性损伤;两非相邻桥墩沉降工况对CRTSⅡ板式无砟轨道的受力最为不利。(2)对梁体徐变作用下的无砟轨道静力学特性进行了分析基于无砟轨道-桥梁耦合静力学模型,研究了不同徐变幅值下两种无砟轨道结构的静力学特性。研究表明:梁体徐变会导致两种无砟轨道结构产生周期性上拱变形,其中CRTS Ⅱ板式无砟轨道的变形曲线更为平缓。当徐变幅值位于5mm～30mm间时,CRTS Ⅰ板式无砟轨道的轨道板和底座板随着徐变幅值的增加而出现塑性损伤,且底座板对梁体徐变变形更为敏感,在更小徐变幅值时出现塑性损伤;CRTSⅡ板式无砟轨道的轨道结构始终未出现塑性损伤。(3)对桥墩沉降和梁体徐变组合效应下的无砟轨道静力学特性进行了分析选取不同的桥墩沉降幅值和梁体徐变幅值进行组合计算,分析了组合效应下两种无砟轨道系统的静力学特性。研究表明:桥墩沉降和梁体徐变的组合效应增大了两种无砟轨道在组合效应影响区域的钢轨变形程度。CRTS Ⅰ板式无砟轨道的轨道板和底座板的受拉损伤值大于单独梁体徐变作用时的受拉损伤值。对于CRTSⅡ板式无砟轨道,桥墩沉降和梁体徐变组合效应消除了单独桥墩沉降作用时的轨道塑性损伤。(4)对桥墩沉降和梁体徐变条件下车轨桥系统的动力响应进行了分析基于车辆-轨道-桥梁相互作用理论,建立了车辆-无砟轨道-桥梁耦合动力学模型。车辆模型考虑为多刚体耦合体系,钢轨则采用实体单元建模,通过轮轨接触模型连接车辆模型与无砟轨道模型,并考虑轨道不平顺的影响。以此研究了脱轨系数、轮重减载率、车体垂向加速度和车体横向加速度随桥墩沉降幅值和徐变幅值变化的影响规律。研究表明:桥墩沉降和梁体徐变对脱轨系数、轮重减载率和车体垂向加速度的影响较大,对车体横向加速度的影响较小,其中轮重减载率和车体垂向加速度会随着沉降幅值和徐变幅值的增大超出相应的车辆安全和舒适性限值。同时基于车辆安全和舒适性评价标准,给出了桥墩沉降、梁体徐变及桥墩沉降和梁体徐变组合效应下两种桥上无砟轨道系统对应的沉降限值和徐变限值。
【图文】：

图２－１混凝土单轴拉伸下的应力－应变关系邋

高速铁路桥墩沉降及梁体徐变对桥上无砟轨道力学性能的影响

图２－３混凝土单轴循环荷载下刚度恢复效应逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ邋ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ邋ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｃｏｎｃｒｅｔｅ邋ｕｎｄｅｒ邋ｕｎｉａｘｉａｌ邋ｃｙｃｌｉｃ邋ｌｏａｄｉｎｇ逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U213.244;U441

【参考文献】