高速鐵路橋梁：軌道變形映射與行車安全

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 我國高速鐵路發(fā)展歷程 1
1.2 橋梁-軌道變形映射問題的提出 2
1.3 國內外高速鐵路橋梁結構變形限值規(guī)定 4
1.3.1 日本高速鐵路橋梁結構變形限值規(guī)定 4
1.3.2 德國高速鐵路橋梁結構變形限值規(guī)定 5
1.3.3 國內高速鐵路橋梁-軌道結構變形限值規(guī)定 5
1.4 國內外研究現(xiàn)狀 9
1.4.1 高速鐵路基礎結構變形與軌面幾何形態(tài)的拓撲關系 9
1.4.2 層間結構聯(lián)結失效對軌道不平順的影響 10
1.4.3 長期服役條件下橋上行車安全性 11
1.5 本書內容 13
第2章 橋梁結構豎向變形與CRTSⅠ型軌道幾何形態(tài)的映射模型 14
2.1 橋梁結構豎向變形導致鋼軌變形機理分析 14
2.2 基本假定 15
2.3 坐標系建立及變換 15
2.4 軌道板模型 16
2.4.1 單個扣件力作用下軌道板變形 17
2.4.2 多個扣件力作用下軌道板變形 19
2.4.3 橋梁結構豎向變形作用導致軌道板變形 20
2.4.4 軌道板變形總量 20
2.5 鋼軌模型 22
2.5.1 鋼軌力學分析 23
2.5.2 鋼軌模型建立 24
2.6 橋梁結構豎向變形映射至軌面的解析表達式 25
2.7 典型豎向變形模式與軌面幾何形態(tài)的映射模型 26
2.7.1 橋墩沉降與鋼軌變形的映射模型 26
2.7.2 梁體豎向錯臺與鋼軌變形的映射模型 27
2.7.3 梁端豎向轉角與鋼軌變形的映射模型 29
2.8 解析模型編程求解流程 30
2.9 單元板式無砟軌道與橋梁結構的有限元模型 31
2.9.1 結構構造及參數(shù)取值 31
2.9.2 有限元模型的建立 33
2.10 豎向變形映射模型的驗證 34
2.10.1 映射模型與有限元模型的對比驗證 34
2.10.2 映射模型與室內試驗的對比驗證 41
2.11 本章小結 44
第3章 橋梁結構橫向變形與CRTSⅠ型軌道幾何形態(tài)的映射模型 46
3.1 橋梁結構橫向變形導致鋼軌變形機理分析 46
3.2 基本假定 46
3.3 軌道板模型 47
3.4 鋼軌模型 51
3.5 橋梁結構橫向變形映射至軌面的解析表達式 51
3.6 典型橫向變形模式與軌面幾何形態(tài)的映射模型 52
3.6.1 梁端橫向轉角與鋼軌變形的映射模型 52
3.6.2 梁體橫向錯臺與鋼軌變形的映射模型 53
3.7 解析模型編程求解流程 54
3.8 橫向變形映射模型與有限元模型的對比驗證 54
3.8.1 梁體橫向錯臺 55
3.8.2 梁端橫向轉角 58
3.9 本章小結 60
第4章 含層間聯(lián)結失效長時影響的橋梁-CRTSⅡ型軌道變形映射模型 61
4.1 橋梁結構豎向變形引起軌道不平順機理分析 61
4.2 層間聯(lián)結失效的影響分析 62
4.3 基本假定及坐標系的建立 63
4.4 底座板模型 65
4.4.1 底座板力學分析 65
4.4.2 底座板模型建立 67
4.5 軌道板模型 69
4.5.1 軌道板力學分析 70
4.5.2 軌道板模型建立 71
4.6 鋼軌模型 74
4.6.1 鋼軌力學分析 75
4.6.2 鋼軌模型建立 76
4.7 橋梁結構模型 79
4.7.1 橋墩沉降引起的梁體豎向變形 80
4.7.2 梁體豎向錯臺引起的梁體豎向變形 80
4.7.3 梁端豎向轉角引起的梁體豎向變形 81
4.8 層間相互作用力 81
4.8.1 扣件力 81
4.8.2 砂漿彈簧力 82
4.8.3 接觸彈簧力 83
4.9 橋梁附加變形與軌道不平順的映射通用解析模型 84
4.10 解析模型編程求解流程 85
4.11 橋梁結構及縱連板式無砟軌道有限元模型 87
4.11.1 參數(shù)取值 87
4.11.2 有限元模型的建立 88
4.12 橋梁-軌道變形映射通用解析模型的驗證 89
4.12.1 無層間聯(lián)結失效時解析模型與有限元模型的對比 90
4.12.2 層間聯(lián)結失效時映射解析值與有限元模型計算值的對比 96
4.12.3 層間聯(lián)結失效時映射解析值與軌道高低不平順實測值的對比 102
4.13 本章小結 103
第5章 關鍵參數(shù)對軌道平順性的影響機理 105
5.1 橋梁結構附加變形幅值對橋梁-軌道變形映射的影響 105
5.1.1 橋墩沉降幅值對橋梁-軌道變形映射的影響 105
5.1.2 梁體豎向錯臺幅值對橋梁-軌道變形映射的影響 110
5.1.3 梁端豎向轉角幅值對橋梁-軌道變形映射的影響 115
5.2 橋梁跨度對橋梁-軌道變形映射的影響 120
5.3 梁端懸出長度對橋梁-軌道變形映射的影響 121
5.4 扣件豎向剛度對橋梁-軌道變形映射的影響 124
5.5 砂漿層豎向剛度對橋梁-軌道變形映射的影響 127
5.6 板底脫空對橋梁-軌道變形映射的影響 130
5.6.1 板底脫空位置對橋梁-軌道變形映射的影響 130
5.6.2 板底脫空長度對橋梁-軌道變形映射的影響 135
5.7 層間離縫對橋梁-軌道變形映射的影響 137
5.7.1 層間離縫位置對橋梁-軌道變形映射的影響 137
5.7.2 層間離縫長度對橋梁-軌道變形映射的影響 142
5.8 扣件彈條斷裂對橋梁-軌道變形映射的影響 144
5.8.1 扣件彈條斷裂位置對橋梁-軌道變形映射的影響 145
5.8.2 扣件彈條斷裂個數(shù)對橋梁-軌道變形映射的影響 149
5.9 本章小結 151
第6章 高速鐵路列車-軌道-橋梁耦合振動分析方法 154
6.1 車輛模型及運動方程 154
6.1.1 車輛動力學模型 154
6.1.2 受力分析 156
6.1.3 車輛運動方程 160
6.2 橋梁有限元模型 162
6.3 軌道結構振動模型 165
6.4 輪軌相互作用分析模型 167
6.4.1 輪軌接觸幾何關系 167
6.4.2 輪軌法向力計算 168
6.4.3 輪軌蠕滑力計算 169
6.5 列車-軌道-橋梁耦合振動方程 170
6.6 基于SIMPACK與ANSYS建立的列車-軌道-橋梁耦合振動
?分析模型 171
6.6.1 車輛多體動力學模型 171
6.6.2 橋梁-軌道模型 176
6.6.3 SIMPACK中列車-軌道-橋梁耦合振動的實現(xiàn) 177
6.7 系統(tǒng)激勵 179
6.7.1 軌道隨機不平順 180
6.7.2 軌道附加不平順 181
6.8 列車運行安全性和舒適性評價指標 183
6.9 本章小結 184
第7章 關鍵因素對高速列車時頻域動力學性能的影響 185
7.1 橋梁附加變形對車輛時域動力學性能的影響 185
7.1.1 橋墩沉降對車輛時域響應的影響 187
7.1.2 梁端轉角對車輛時域響應的影響 188
7.1.3 梁體錯臺對車輛時域響應的影響 189
7.1.4 梁體徐變上拱對車輛時域響應的影響 190
7.2 橋梁附加變形對車輛頻域動力學性能的影響 191
7.3 不同車速和不同車型對車輛動力學性能的影響 193
7.3.1 橋墩沉降 194
7.3.2 梁端轉角 195
7.3.3 梁體錯臺 196
7.3.4 徐變上拱 198
7.4 層間聯(lián)結失效對車輛動力學性能的影響 199
7.5 本章小結 201
第8章 多指標高速鐵路橋梁服役安全評價準則 203
8.1 高速鐵路橋梁附加變形與行車安全的映射關系 203
8.1.1 橋墩沉降與車輛響應變化量的定量映射關系 203
8.1.2 徐變上拱與車輛響應變化量的定量映射關系 207
8.2 基于參數(shù)討論法的橋梁附加變形安全閾值 209
8.2.1 橋墩沉降閾值 210
8.2.2 徐變上拱閾值 211
8.2.3 梁端轉角和梁體錯臺閾值 212
8.3 基于橋梁附加變形的多指標橋上行車安全評價準則 212
8.4 本章小結 213
參考文獻 214