高速铁路PC箱梁桥的长期动力性能与行车可靠性分析

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wxthaoa
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随着我国高速铁路大规模的发展,桥梁结构作为基础的设施在线路中的占比越来越重要。而桥梁轨道结构因桥墩变形、梁体错台、梁端转动、预应力及徐变效应而产生的附加变形,对车—桥耦合系统的动力影响也越来越突出。本文选取5跨32m的高速铁路PC简支箱梁以及CRH2动车组列车为研究对象,通过建立梁体—轨道板的有限元模型,探讨CRSTⅠ型轨道板中钢轨变形随梁体结构变形的变化规律,基于ANSYS与UM软件的交互建立完整的车—桥耦合动力系统,将各项变形引起的轨道附加不平顺作为激励来研究其对梁体的长期动力性能与行车安全性与舒适性的影响,并从动力学的角度给各项变形的安全限值。取得的主要成果如下:(1)基于ANSYS建立5跨32m的PC简支箱梁有限元模型,基于UM建立了CRH2动车组列车动力仿真模型,通过ANSYS与UM软件的交互建立完整的车—桥耦合动力系统,通过分析列车在运行过程中的各项动力指标与列车过桥时梁体跨中竖向位移的时程曲线,验证了所建车—桥耦合动力模型的可靠性。(2)在有效预应力计算仅考虑预应力各项损失终极值的基础之上,本文又考虑了混凝土收缩徐变效应与钢筋应力松弛引起的预应力损失之间的相互影响,将两种工况下计算得到的梁体徐变上拱变形曲线对比分析;并将变形曲线作为激励输入车—桥耦合系统,探究了预应力与徐变效应对梁体的长期动力性能与行车安全性与舒适性的影响规律。研究表明工况二中考虑两种预应力损失之间的相互影响之后梁体徐变上拱变形明显增大,对车—桥耦合系统的动力影响也更大,且车体竖向加速度及轮重减载率两个动力指标均超过了规范限值,建议在计算有效预应力时应考虑多方面的影响。(3)通过ANSYS建立了桥梁—轨道有限元模型,基于CRSTⅠ型轨道板,研究了桥墩变形、梁端转动及梁体错台对钢轨变形的影响规律,并将各项变形引起的轨道附加不平顺作为激励,探究了梁体跨中竖向加速度、车体竖向加速度、竖向轮轨力以及轮重减载率四项竖向动力指标随结构竖向变形量及列车运行速度的变化规律,以及梁体跨中横向加速度、车体横向加速度、横向轮轨力以及脱轨系数四项横向动力指标随结构横向变形量及列车运行速度的变化规律;在满足梁体长期动力性能及行车安全性与舒适性的要求下对各项变形提出了安全限值。(4)对比分析了桥墩横向变形与竖向变形对车—桥耦合系统的动力响应效果,表明结构的横向变形对车—桥耦合动力响应更为明显;通过引入变形安全系数定量化研究在不同列车运行速度下梁体变形安全值的分布规律,表明列车运行速度越高,对结构的变形要求越严格。(5)考虑实际工程中梁体均受到多种作用效应的影响,探究了列车在不同运行速度下,桥墩横向与竖向组合变形对车—桥耦合系统的动力响应规律,研究表明桥墩竖向变形对车体及梁体横向动力影响较小,结构竖向与横向变形的安全值以单向变形的限值为标准;将结构竖向变形引起的各项轨道竖向附加分别与徐变上拱变形曲线组合后作为激励,探究了结构竖向变形与徐变效应对车—桥耦合系统的动力响应的影响,研究表明,相比较各自变形的单独激励,组合变形将加剧车—桥耦合系统的动力响应,且在考虑混凝土的徐变效应后结构竖向变形的各项变形安全限值均变小,其中桥墩沉降安全值减小至17.5mm,梁端竖向转角安全值减小至0.64×10-3rad,梁体竖向错台安全值减小至16.9mm。
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