高速鐵路橋梁結(jié)構(gòu)變形映射至軌面幾何形態(tài)的定量化研究.pdf

1、中國(guó)高速鐵路發(fā)展已經(jīng)從大規(guī)模建設(shè)進(jìn)入長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)階段。橋梁結(jié)構(gòu)在墩臺(tái)沉降、地震荷載、混凝土收縮徐變、溫度作用和列車(chē)循環(huán)動(dòng)載等長(zhǎng)期作用下，可能發(fā)生不可恢復(fù)的豎向與橫向變形，從而嚴(yán)重影響軌道平順性，最終對(duì)高速列車(chē)安全運(yùn)營(yíng)造成不利影響。本文選取高速鐵路簡(jiǎn)支梁橋及其上部CRTSⅠ型單元板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，提出橋梁-軌道變形映射模型，量化橋梁結(jié)構(gòu)變形對(duì)軌面幾何形態(tài)的影響，主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)在分析橋梁結(jié)構(gòu)變形對(duì)高

2、速列車(chē)運(yùn)營(yíng)性能影響的基礎(chǔ)上，結(jié)合橋梁服役期內(nèi)可能發(fā)生的多種變形模式，對(duì)比國(guó)內(nèi)外規(guī)范對(duì)變形限值的規(guī)定。綜述高速鐵路橋軌相互作用計(jì)算模型、層問(wèn)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)效應(yīng)和橋軌變形映射關(guān)系方面的國(guó)內(nèi)外研究成果，指出現(xiàn)有研究存在的問(wèn)題，闡明了量化橋梁結(jié)構(gòu)變形對(duì)軌面幾何形態(tài)影響的必要性。
　　(2)在分析橋梁結(jié)構(gòu)豎向變形導(dǎo)致鋼軌變形機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了豎向變形映射模型建立的基本假設(shè)條件，通過(guò)力學(xué)分析，建立了橋梁結(jié)構(gòu)豎向變形與軌面幾何形態(tài)的通用映射

3、解析模型。將鋼軌變形表達(dá)為由鋼軌豎向變形的扣件力影響矩陣、軌道板豎向變形的扣件力影響矩陣和橋梁結(jié)構(gòu)變形影響矩陣組成的解析表達(dá)式。構(gòu)建了橋墩沉降、梁體豎向錯(cuò)臺(tái)和梁端豎向轉(zhuǎn)角三種典型變形模式下的鋼軌變形解析模型，通過(guò)MATLAB編程實(shí)現(xiàn)了模型求解的程序化。
　　(3)在分析橋梁結(jié)構(gòu)橫向變形與軌面幾何形態(tài)映射機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合CRTSⅠ型單元板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)分析，提出軌道板橫向剛體變形假設(shè)，基于靜力平衡及變形協(xié)調(diào)條件，建立了橋

4、梁結(jié)構(gòu)橫向變形與軌面幾何形態(tài)的映射模型。將鋼軌橫向變形表達(dá)為由橋梁結(jié)構(gòu)橫向變形影響矩陣、鋼軌橫向變形的扣件力影響矩陣和軌道板橫向變形的扣件力影響矩陣組成的解析表達(dá)式。構(gòu)建了梁端橫向轉(zhuǎn)角、梁體橫向錯(cuò)臺(tái)映射至軌面的解析表達(dá)式，并通過(guò)MATLAB編程實(shí)現(xiàn)了橋梁結(jié)構(gòu)橫向變形條件下軌面幾何形態(tài)的求解。
　　(4)基于有限元分析軟件ANSYS，建立了橋梁結(jié)構(gòu)與CRTSⅠ型單元板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)有限元模型。以橋墩沉降、梁體豎向錯(cuò)臺(tái)和梁端豎向轉(zhuǎn)角三

5、種典型的豎向變形模式和梁體橫向錯(cuò)臺(tái)、梁端橫向轉(zhuǎn)角兩種典型的橫向變形模式為例，通過(guò)有限元模型和中國(guó)鐵道科學(xué)研究院完成的試驗(yàn)，對(duì)建立的豎向和橫向變形映射解析模型進(jìn)行驗(yàn)證。所得的鋼軌變形、扣件受力、鋼軌變形最值及區(qū)域長(zhǎng)度均吻合較好，充分驗(yàn)證了橋梁-軌道變形映射模型的準(zhǔn)確性和有效性，且能描述各影響參數(shù)與鋼軌變形之間的關(guān)系。
　　(5)基于已驗(yàn)證的橋梁-軌道變形映射模型，描述了不同變形模式對(duì)軌面幾何形態(tài)的映射特征和程度，提出了鋼軌變形延伸系