风荷载作用下的接触网硬横跨结构响应分析

论文摘要

接触网是高速铁路运营最为直接相关的架空设备,由接触悬挂、支持结构、承力索等部分组成。随着高速铁路的发展,硬横跨已逐渐成为接触网支持结构的发展趋势,由于所处环境特殊,所以使得接触网硬横跨成为整个牵引供电系统最为薄弱的环节之一。风荷载是硬横跨正常工作的主要控制荷载,国内外对接触网的研究一般集中在接触网的受流质量和悬挂系统,而对接触网硬横跨的研究资料较少。目前对硬横跨的设计中,相关计算取值不规范,对硬横跨体系的简化使得计算误差增大,所以,对硬横跨结构在风荷载作用下的响应进行系统准确的分析就十分必要。本文基于有限元理论,考虑结构体系的协同工作,建立了硬横跨结构—索共同作用的三维有限元模型,运用子空间迭代法对结构的动力特性进行了分析,并通过比较不同参数对结构自振性能的影响,对结构是否考虑脉动风作用的影响提供了理论依据。在此基础上,分别考虑了承力索及张力的变化、不同风向角的变化、不同连接方式的变化对硬横跨结构在不同设计风速作用下的结构响应的影响,得出影响其抗风性能的主要因素。同时,分析了硬横跨覆冰后在相应风荷载作用下的结构响应,得到覆冰对结构抗风性能影响明显,设计时应予以重点考虑。结合改进的荷载增量法,提出了使用ANSYS软件分析硬横跨整体稳定性的分析方法,以41m八股道硬横跨为对象对结构在风荷载作用下的整体稳定性进行了分析,并对结构的安全系数进行了确定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 高速铁路的发展
• 1.2 高速铁路接触网技术的应用现状
• 1.2.1 悬挂类型
• 1.2.2 支持结构
• 1.2.3 我国接触网体系的发展现状
• 1.3 接触网体系的研究现状
• 1.3.1 受电弓-接触网系统方面的研究
• 1.3.2 悬挂系统方面的研究
• 1.3.3 支持结构方面的研究
• 1.3.4 接触网体系抗风性能的研究
• 1.3.5 综述
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 风的特性及硬横跨结构有限元建模
• 2.1 风的基本特性
• 2.1.1 平均风速剖面
• 2.1.2 平均风速与风向的概率密度函数
• 2.1.3 脉动风速功率谱
• 2.2 硬横跨有限元分析的单元特性
• 2.2.1 索元特性
• 2.2.2 桁元特性
• 2.3 接触网硬横跨体系的三维有限元模型的建立
• 2.3.1 工程概况及设计依据
• 2.3.2 硬横跨—索共同体系精细化三维有限元模型的建立
• 2.4 小结
• 第三章 接触网硬横跨体系的动态特性分析
• 3.1 结构动态特性的有限元方法分析
• 3.1.1 硬横跨结构振动特性的有限元分析
• 3.1.2 结构自振频率的分析方法
• 3.2 硬横跨结构的自振性能分析
• 3.3 参数对硬横跨自振性能的影响分析
• 3.3.1 跨度对结构自振性能的影响
• 3.3.2 承力索对结构自振性能的影响
• 3.3.3 承力索截面对硬横跨自振性能的影响
• 3.3.4 连接方式对结构自振性能的影响
• 3.3.5 覆冰荷载对结构自振性能的影响
• 3.4 小结
• 第四章 硬横跨结构在风荷载作用下响应分析
• 4.1 风对结构的作用
• 4.2 顺风向风荷载
• 4.2.1 时域法
• 4.2.2 频域法
• 4.2.3 静力等效风荷载
• 4.3 硬横跨结构的抗风性能分析
• 4.3.1 脉动风作用
• 4.3.2 平均风作用
• 4.4 参数对硬横跨抗风性能的影响
• 4.4.1 承力索对结构抗风性能的影响
• 4.4.2 不同跨度下风向角的变化对结构的影响
• 4.4.3 不同连接形式下风向角变化对结构的影响
• 4.4.4 覆冰荷载对结构抗风性能的影响
• 4.5 硬横跨结构在风荷载作用下的整体稳定性
• 4.5.1 结构稳定问题的整体性
• 4.5.2 荷载增量法介绍及改进
• 4.5.3 改进的荷载增量法在结构稳定性分析中的应用
• 4.5.4 硬横跨的整体稳定性分析方法
• 4.5.5 硬横跨的整体稳定性分析
• 4.6 小结
• 结论及展望
• 1. 结论
• 2. 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间完成的研究成果
• 致谢