CRTS Ⅱ型軌道板溫度變形及其對車-線-橋系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響.pdf

1、中國目前高速鐵路大量采用CRTSⅡ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CRTSⅡ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CRTSⅡ型板式無砟軌道的

2、溫度效應(yīng)及動力分析的研究現(xiàn)狀進(jìn)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(jìn)行總結(jié)，并指出CRTSⅡ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CRTSⅡ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CRTSⅡ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)的各組成部分及對應(yīng)連接進(jìn)行模擬。對所建立的CRTSⅡ型板式無砟軌

3、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(jìn)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CRTSⅡ型軌道板的溫度翹曲變形機理，分析CRTSⅡ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

4、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(jìn)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CRTSⅡ型板式無砟軌道的車-線-橋系統(tǒng)
　　將車輛視作剛體，基于達(dá)朗貝爾原理建立車輛的運動方程;將CRTSⅡ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-

5、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(xiàn)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He

6、rtz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(dá)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CRTSⅡ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

7、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CRTSⅡ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