大跨度铁路悬索桥在列车制动过程中的结构行为分析

发布时间：2017-09-03 06:10

  本文关键词：大跨度铁路悬索桥在列车制动过程中的结构行为分析

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【摘要】：我国幅员辽阔,在铁路建设过程中,不可避免地要通过大江、大河和大峡谷。在一些有水上通航要求的江河上,需要建设大跨度桥梁时,可选用悬索桥。在特殊的大峡谷中,拱桥方案无法满足跨度要求,斜拉桥边跨又太短,为了施工更安全、结构体系更合理,可以考虑一跨过峡谷的悬索桥方案。列车在桥上行驶时,不可避免地会出现制动的情况,而现在大多数针对列车过桥的研究都是在列车匀速过桥的基础上开展的。对于铁路悬索桥这种具有强烈非线性的结构,制动力在桥上的传递方式以及制动力对桥梁结构的影响需要进一步研究。论文主要研究内容、方法和成果如下：利用有限元软件ANSYS建立铁路悬索桥的全桥模型,结合相应的轨道结构参数,建立完善的线-桥结构模型。将简化的列车荷载加载到线-桥模型上,分析列车在不同位置制动时,制动力在线-桥结构上的传递方式。建立塔梁纵向固定约束体系、半漂浮体系、阻尼体系三种悬索桥结构,打开ANSYS中的大变形功能,分别考虑列车在桥上制动和列车匀速过桥的情况,分析制动力作用下结构的静力响应。建立列车制动力随时间变化的加载模式,分析不同结构体系悬索桥在制动过程中的动力响应。当列车停止时,制动力迅速降为0,此时会对桥梁造成冲击作用。利用ANSYS中的瞬态分析功能,计算此冲击作用下桥梁主要构件的动力响应。计算结果表明,对于大跨度铁路悬索桥,挠曲力对结构影响很小,可以忽略。在制动力作用下,半漂浮体系的梁端位移和梁端速度远远大于纵向固定约束体系和阻尼体系；体系的不同,对塔顶纵向位移来说差异不大；半漂浮体系的塔底内力在三种体系中最小,纵向固定约束体系的塔底内力最大；设置阻尼器后,塔底剪力为半漂浮体系的1.53倍,为纵向固定约束体系的46.5%,塔底弯矩为半漂浮体系的1.13倍,为纵向固定约束体系的71.9%。制动完成后,在冲击的作用下,对于半漂浮体系,梁端位移和速度的衰减周期很长；对于纵向固定约束体系,梁端有轻微振动,幅度不大;阻尼体系则将冲击作用对梁端造成的影响有效的抑制了。纵向固定约束体系的塔底内力受冲击作用的影响最大,在制动完成后塔底内力会在一个较大的范围内波动,冲击作用对另外两种体系的塔底内力影响不大。在列车制动力作用下,半漂浮体系和纵向固定约束体系均有各自的优缺点,合理地选择阻尼器参数,组成阻尼体系可以充分发挥出前两种体系的优点,同时避免其缺点。
【关键词】：铁路悬索桥 制动力 结构体系 静力响应 动力响应
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441;U270.1
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 课题背景及研究意义12-13
• 1.1.1 铁路悬索桥简介12
• 1.1.2 课题研究意义12-13
• 1.2 国内外研究的现状13-18
• 1.2.1 列车制动过程及列车过桥响应研究现状14-16
• 1.2.2 悬索桥静动力特性研究现状16-18
• 1.2.3 悬索桥结构体系简介18
• 1.3 主要研究内容及实现方法18-21
• 第2章 纵向固定约束体系在制动力作用下的静力分析21-38
• 2.1 线-桥体系计算分析理论21-22
• 2.2 有限元模型22-25
• 2.2.1 三跨铁路悬索桥简介22-23
• 2.2.2 铁路悬索桥线-桥有限元模型23-24
• 2.2.3 列车荷载模型24-25
• 2.3 纵向力在结构上的传递25-30
• 2.3.1 活载加制动力作用下纵向力的传递25-27
• 2.3.2 活载作用下纵向力的传递27-29
• 2.3.3 制动力单独作用下纵向力的传递29-30
• 2.4 列车在不同位置制动对结构的影响30-35
• 2.4.1 列车在桥上不同位置制动时对上弦杆的影响30-31
• 2.4.2 列车在桥上不同位置制动时对下弦杆的影响31-32
• 2.4.3 列车在桥上不同位置制动时对梁端位移的影响32-33
• 2.4.4 列车在桥上不同位置制动时加劲梁位移33
• 2.4.5 列车在桥上不同位置制动时对桥塔影响33-35
• 2.5 制动力加载模式讨论35-36
• 2.6 小结36-38
• 第3章 纵向固定约束体系在制动过程中的动力响应38-61
• 3.1 轨面制动力模型38-39
• 3.2 结构动力分析的有限元法39-40
• 3.3 瞬态动力学模型的建立40-42
• 3.3.1 结构模态分析40-41
• 3.3.2 结构阻尼确定41-42
• 3.3.3 积分时间步长的选取42
• 3.4 制动初始参数42-43
• 3.5 制动过程对结构梁端的影响43-48
• 3.5.1 列车制动对梁端位移的影响43-45
• 3.5.2 列车制动对梁端速度的影响45-46
• 3.5.3 列车制动对梁端加速度的影响46-48
• 3.5.4 对比分析48
• 3.6 制动过程对上弦杆的影响48-50
• 3.7 制动过程对下弦杆的影响50-52
• 3.8 制动过程对桥塔的影响52-59
• 3.8.1 桥塔塔顶纵向位移52-54
• 3.8.2 桥塔塔底剪力54-56
• 3.8.3 桥塔塔底弯矩56-59
• 3.9 静动力计算结果对比59
• 3.10 小结59-61
• 第4章 半漂浮体系在制动过程中的结构行为分析61-74
• 4.1 有限元模型61-62
• 4.2 静力响应分析62-64
• 4.2.1 梁端位移62
• 4.2.2 塔顶纵向位移62-63
• 4.2.3 塔底剪力63
• 4.2.4 塔底弯矩63-64
• 4.3 列车以不同速度匀速过桥64-67
• 4.3.1 梁端位移64-65
• 4.3.2 梁端速度65
• 4.3.3 桥塔塔顶位移65-66
• 4.3.4 桥塔塔底内力66-67
• 4.4 列车减速度峰值为0.1g67-71
• 4.4.1 制动工况67
• 4.4.2 梁端位移67-68
• 4.4.3 梁端速度68-69
• 4.4.4 桥塔塔顶位移69-70
• 4.4.5 桥塔塔底内力70-71
• 4.5 列车减速度峰值为0.15g71-73
• 4.5.1 制动工况71
• 4.5.2 梁端位移71-72
• 4.5.3 梁端速度72
• 4.5.4 桥塔塔顶位移及塔底内力72-73
• 4.6 小结73-74
• 第5章 阻尼体系在制动过程中的结构行为分析74-84
• 5.1 液压阻尼器介绍74-75
• 5.2 有限元模型75
• 5.3 工况布置75-76
• 5.4 列车减速度峰值为0.1g76-78
• 5.4.1 阻尼力对比76
• 5.4.2 阻尼参数对梁端的影响76-77
• 5.4.3 阻尼参数对桥塔的影响77-78
• 5.5 列车减速度峰值为0.15g78-80
• 5.5.1 阻尼力对比78-79
• 5.5.2 阻尼参数对梁端的影响79
• 5.5.3 阻尼参数对桥塔的影响79-80
• 5.6 三种结构体系比较80-83
• 5.7 小结83-84
• 结论及展望84-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-93
• 攻读硕士期间参与科研实践项目93

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本文编号：783294