【博士】高速铁路车辆—道岔—桥梁耦合振动理论及应用研究【2009】

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内容简介

　　学科专业：道路与铁道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：东南大学　　学位年度： 2009年　　高速铁路对线路的平顺性要求严，高架桥、长大桥多为其主要特征，车站咽喉区位于桥梁上的可能性较普通铁路大得多。作为限速关键设备的高速道岔铺设于桥梁上，岔桥结构发生剧烈的动力相互作用，从而降低高速列车桥上过岔时的安全性与平稳性。随着我国客运专线和高速铁路的建设，快速及高速行车条件下车辆与桥上道岔的动态相互作用问题成为亟需开展的基础性课题之一。本文在参考国内外车桥振动理论与道岔动力学研究资料的基础上，将机车车辆、道岔区轨道与桥梁视为一个整体大系统，以车辆动力学、道岔动力学、桥梁动力有限元方法为基础，以岔区轮轨关系、岔桥关系为联系纽带，应用数值仿真的方法来研究高速行车条件下道岔区轨道及桥梁结构的动力特性、行车的安全性和平稳性，为高速铁路桥上无缝道岔的设计方案评估和参数优化提供理论支撑。主要研究工作如下：　　1．建立车辆一道岔一桥梁耦合振动系统模型将机车车辆视为一个由悬挂弹簧和阻尼联系起来的7刚体(1个车体、2个构架、4个轮对)振动系统，每个刚体具有点头、摇头、侧滚、沉浮和横移5个自由度，整个车辆系统共有35个自由度。在综合高速道岔结构特点的基础上，建立起包含转辙器、连接部分和辙叉--部分的完整道岔动力学模型，模型中考虑钢轨截面型式变化、项铁接触传力、间隔铁高强联结、滑床台非线性支承等因素；将轨枕或支承块视为刚体并考虑其垂向、横向及转动自由度，无砟轨道板的垂向振动按弹性地基上的等厚度矩形薄板考虑，而横向视为刚体运动。运用动力有限元方法将桥梁结构离散化。　　2．详细论述车辆一道岔一桥梁动态相互作用原理并建立相应分析理论、编制通用计算程序DATTB　　综合应用道岔区多变的轮／岔接触几何关系、轮轨Hertz非线性弹性接触理论、轮轨蠕滑理论、岔桥相互作用关系，详细论述了车辆．道岔．桥梁动态相互作用原理。以高速道岔结构及状态不平顺作为系统的主要激振源，根据离散系统动力问题的Hamilton变分原理和“对号入座”法则建立起车-岔-桥耦合振动分析理论，并编制出相应动力学仿真通片j程序DATTB。　　3．高速铁路岔桥结构运用安全性以及行车平稳性评估标准探析。　　提出以列车桥上过岔的安全性及平稳性、道岔与桥梁的强度和稳定性作为桥上道岔的动力评估准则，对国内外有关机车车辆、道岔及桥梁的动力学性能评价指标，如轮轨垂、横向力、轮轴横向力、尖轨及心轨开口量、尖轨及心轨动应力、脱轨系数、轮重减载率、车体振动加速度、平稳性指标、桥梁挠度、桥梁自振频率、桥梁横向振幅、桥梁振动加速度等进行了归纳整理。　　4．车一岔一桥耦合振动试验研究　　应用DATTB对浙赣线湄池特大桥上200km／h提速改进型60kg／m钢轨12号有砟道岔进行动力学评估，通过仿真结果与实测结果的对比分析，验证了DATTB的可靠性。同时，桥上道岔与路基上道岔的动测结果对比分析表明，桥上道岔区轮轨动力相互作用远较普通路基上道岔区强烈。　　5．高速车辆与桥上道岔的动态相互作用规律研究　　系统研究车辆、道岔和桥梁的各种可变因素对车．岔．桥耦合振动的影响，揭示出高速车辆与桥上道岔的动态相互作用规律，并提出了高速铁路桥上无缝道岔动力设计指导原则。优化的道岔区轮轨关系和轨道刚度、合理的桥梁竖向刚度和岔桥相对位置是保证高速列车桥上过岔安全性与平稳性的关键。　　6．车辆一道岔一桥梁耦合振动理论的工程应用以郑西客运专线无砟轨道多种跨度布置连续梁桥上铺设法国COGIFER时速350公里18号道岔和厦深客货混跑铁路有砟轨道(48+2X80+88+48)m连续梁桥上铺设中国自主研发的时速250公里30号道岔的动力学评估为例阐述了车辆-道岔-桥梁耦合振动理论的实际应用。　　

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