城市轨道交通高架整体道床钢轨支承间距的研究

论文摘要

城市轨道交通是城市交通运输的主动脉,是解决大城市交通拥挤问题的重要途径。与道路交通相比,其具有运量大、时间准、污染少和安全舒适以及与城市道路无平面交叉等无可比拟的优势。因此城轨交通在20世纪备受世界各国青睐。与干线铁路相比,城市轨道交通以市区和市郊运输为主要目标,具有客运量大,车辆轴重轻、运营速度低、行车密度高、客流比较集中、牵引分散、全程距离短和运营单一等特征,对轨道结构的安全可靠性及舒适、低噪声、长寿命、少维修也提出了更高的要求。城市轨道交通的这些特点,决定了其应采用有别于国铁轨道的设计标准,以达到标准合理,技术安全,投资经济的目标。钢轨的支承间距是轨道重要的设计标准之一,其对保持轨道轨距,承受钢轨传下的荷载并传布给道床,及增强轨道的纵横向刚度与阻力,保持轨道纵横向稳定性等有重要作用。目前地铁规范,参考国家铁路的轨枕设置根数,做出了地铁轨枕铺设数量的规定,规定采用每公里1600根;而国外城市轨道交通系统的钢轨支承间距一般均不小于700mm。相比之下,我国采用的轨枕间距过小,造成了一定的浪费。因此本文针对城市轨道交通的特点,着重对高架桥上整体道床的钢轨支承间距进行研究,计算分析了不同轨枕间距对轨道结构力学特性的影响。文章基于有限元理论,使用“ANSYS”分析软件建立桥上整体道床轨道结构的模型,计算分析了不同支承间距下,钢轨及桥梁的受力与变形,找出其受轨枕间距影响的规律;另外还通过对钢轨纵向力及纵向位移的计算分析,阐述了钢轨支承间距对无缝线路稳定性的影响。本文还进一步分析了不同轨枕间距动力条件下钢轨的动力响应和轨枕垫层对轨道结构振动特性的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外城市轨道交通发展概况
• 1.2.1 世界城市轨道交通概况
• 1.2.2 我国城市轨道交通发展概况
• 1.3 城市轨道交通的主要形式及其特征
• 1.3.1 城市轻轨
• 1.3.2 单轨交通
• 1.3.3 地下铁道
• 1.3.4 磁悬浮列车
• 1.3.5 直线电机轨道交通
• 1.4 城市轨道交通的主要轨道结构形式
• 1.4.1 无碴轨道
• 1.4.2 无缝线路
• 1.5 城市轨道交通轨枕布置现状
• 1.6 本文的研究意义及内容方法
• 2 有限单元法与ANSYS综述
• 2.1 有限单元法
• 2.1.1 有限元法计算的基本步骤
• 2.1.2 结构动力学的有限元解法
• 2.2 ANSYS工程分析软件综述
• 2.2.1 ANSYS的特点
• 2.2.2 APDL语言简介
• 2.2.3 本文所涉及的单元简介
• 3 钢轨支承间距对轨道强度的影响分析
• 3.1 ANSYS有限元模型的建立
• 3.2 钢轨轨支承间距对轨道结构受力变形的影响
• 3.2.1 钢轨下沉量的分析
• 3.2.2 钢轨弯矩值分析
• 3.2.3 轨枕受力分析
• 3.2.4 桥梁挠度的分析
• 3.2.5 钢轨相对桥梁下沉量
• 3.2.6 小结
• 3.3 轨道结构强度的检算
• 4 钢轨支承间距对无缝线路稳定性的影响
• 4.1 无缝线路纵向附加力
• 4.1.1 伸缩附加力
• 4.1.2 挠曲附加力
• 4.1.3 其它附加力
• 4.2 桥上无缝线路计算模型和方法
• 4.2.1 线路阻力为变量的算法――数值积分法
• 4.2.2 以钢轨位移 ur为基本未知量的微分方程解法
• 4.3 Ansys模型的建立与计算
• 4.3.1 参数的选择与确定
• 4.3.2 计算荷载的假定如下
• 4.4 模型计算结果分析
• 4.4.1 钢轨支承间距对挠曲附加力的影响
• 4.4.2 钢轨支承间距对伸缩附加力的影响
• 4.5 钢轨支承间距对无缝线路稳定性的影响
• 4.6 小结
• 5 钢轨支承间距的动力影响分析
• 5.1 简支梁在移动荷载下的振动
• 5.2 动力学模型的建立
• 5.2.1 模型的基本假设
• 5.2.2 ANSYS分析模型的建立
• 5.3 钢轨支承间距对轨道结构动力响应的影响分析
• 5.3.1 车速度V=80km/h时轨道结构的动力响应
• 5.3.2 不同钢轨支承间距下轨道结构的动力响应
• 6 结论与展望
• 6.1 论文主要成果
• 6.1.1 有限元法计算轨道结构强度
• 6.1.2 建立无缝线路纵向力分析的耦合模型
• 6.1.3 利用有限元法分析轨道结构的振动性能
• 6.2 建议
• 6.3 不足与展望
• 6.3.1 不足之处
• 6.3.2 展望
• 参考文献
• 作者简历