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无砟轨道路基动态响应特性及室内模型加载方式研究

作　者: 周小壮
导　师: 张家生
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程
关键词: 高速铁路路基动力响应有限元轨道型式加载方案
分类号: U211.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 58次
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内容摘要

随着我国高速铁路建设的加快,土质路基上无砟轨道越来越多,故急需深入开展高速列车荷载作用下路基的振动、变形等动力响应方面的研究。本文采用数值模拟方法分析了不同因素对高速铁路路基动力响应的影响,并设计了能够模拟高速列车不同运行速度的室内模型实验的加载方案。本文主要工作内容和相关结论如下：(1)进行了室内常规土工试验,确定了路基填料物理力学性质,同时也进行了大量室内路基模型填筑过程中的现场试验,获得了数值模拟分析的相关计算参数。(2)建立高速铁路路基的有限元计算模型,轨道型式为CRTSⅡ型板式无砟轨道,并采用移动集中荷载模拟相邻车厢相邻转向架的4对轮载。通过全模型和半模型两种建模方式的对比,确定了全模型的建模方式。(3)获取了不同列车运行速度、不同列车轴重作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道扣件反力的时程曲线。(4)分析了不同的无砟轨道型式和列车轴重对路基动力响应的影响。结果表明：不同的轨道型式对路基内的动应力和动位移分布无明显影响,不同轴重下的动应力幅值和动位移幅值随轴重增加而近似地线性增大。(5)建立了高速铁路室内路基模型的有限元计算模型,通过与原模型的对比,验证了室内模型的合理性。并针对室内模型实验,分析了分配梁加载、短钢轨加载、直接加载于轨道板三种加载方案引起的路基动力响应。通过对比分析确定了最优加载方案是短钢轨加载方案。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-19
  1.1 研究的目的和意义  9-10
  1.2 无砟轨道结构型式的研究  10-11
    1.2.1 国外无砟轨道结构型式研究  10-11
    1.2.2 国内无砟轨道结构型式研究  11
  1.3 铁路路基动力学的研究现状  11-16
    1.3.1 铁路路基动力学的理论研究  12-13
    1.3.2 铁路路基动力学的数值研究  13-16
  1.4 铁路路基的模型实验研究现状  16-17
  1.5 本文的主要研究内容  17-19
第二章基床填料物理力学性质研究  19-29
  2.1 基床表层填料物理力学性质研究  19-21
  2.2 基床底层填料物理力学性质研究  21-24
  2.3 灌水法现场测试密度值  24-26
    2.3.1 现场灌水法实验过程  25-26
    2.3.2 试验数据结果处理  26
  2.4 波速测试  26-28
    2.4.1 试验原理与方法  26-27
    2.4.2 试验结果分析  27-28
  2.5 本章小结  28-29
第三章有限元模型建立及动力影响因素研究  29-44
  3.1 有限单元法基本原理  29-30
    3.1.1 有限元数值分析方法  29
    3.1.2 有限元软件ANSYS  29-30
  3.2 无砟轨道路基结构模型的建立  30-35
    3.2.1 结构单元的选取  31-32
    3.2.2 单元间的连接处理  32
    3.2.3 边界条件的约束  32-33
    3.2.4 无砟轨道路基结构模型深度和宽度的确定  33
    3.2.5 无砟轨道路基结构模型各层材料参数的确定  33-34
    3.2.6 列车荷载的选择  34-35
    3.2.7 无砟轨道路基结构模型  35
  3.3 无砟轨道路基结构建模方式研究  35-37
  3.4 无砟轨道路基动态响应特性分析  37-43
    3.4.1 无砟轨道型式对路基动态响应特性的影响  38-40
    3.4.2 列车不同轴重对路基动态响应特性的影响  40-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章模型扣件反力的影响因素研究  44-51
  4.1 列车速度对扣件反力及扣件反力时程曲线的影响  44-47
    4.1.1 列车荷载的选择  44
    4.1.2 列车不同速度下扣件最大反力对比  44-45
    4.1.3 列车不同速度下扣件反力时程曲线  45-47
  4.2 列车不同轴重下扣件点反力时程曲线  47-49
    4.2.1 列车荷载的选择  47-48
    4.2.2 列车不同轴重下扣件最大反力对比  48
    4.2.3 列车不同轴重下扣件反力时程曲线  48-49
  4.3 本章小结  49-51
第五章室内模型实验的加载方案  51-62
  5.1 室内模型实验研究  51-53
    5.1.1 工程背景  51
    5.1.2 室内实验有限元模型的建立  51-52
    5.1.3 室内模型实验数值分析及模型验证  52-53
  5.2 无砟轨道路基结构模型动力时程的获取  53-54
  5.3 作动器加载时程曲线的获取  54-55
  5.4 三种作动器加载方案的研究  55-58
  5.5 室内时速350km/h高速列车作动器加载时程曲线的确定  58-59
    5.5.1 作动器加载时程  58
    5.5.2 室内作动器加载时程曲线拟合  58-59
  5.6 室内不同列车速度作动器加载时程曲线  59-60
  5.7 本章小结  60-62
第六章结论与展望  62-64
  6.1 本文主要结论  62-63
  6.2 有待进一步研究的工作  63-64
参考文献  64-68
致谢  68-69
攻读学位期间的论文发表情况及科研情况  69-70
附件  70-73

无砟轨道路基动态响应特性及室内模型加载方式研究

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