【摘 要】
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为保证高速铁路的高平顺性,高铁基础大量采用以桥代路的方式控制沉降变形,铺设无砟轨道保证线路平顺度和少维修性。简支梁桥和连续刚构梁桥分别以其结构简单、施工便捷、经济性好和跨越性能强、刚度大、抗震性好等优点,成为高铁基础建设的主要桥型。既有运营实践表明,混凝土的长期徐变导致桥梁上拱和下挠变形,引起轨道产生周期性不平顺,影响高速行车的安全性和平稳性。本文基于多体系统动力学与有限元联合仿真方法,建立了车-
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为保证高速铁路的高平顺性,高铁基础大量采用以桥代路的方式控制沉降变形,铺设无砟轨道保证线路平顺度和少维修性。简支梁桥和连续刚构梁桥分别以其结构简单、施工便捷、经济性好和跨越性能强、刚度大、抗震性好等优点,成为高铁基础建设的主要桥型。既有运营实践表明,混凝土的长期徐变导致桥梁上拱和下挠变形,引起轨道产生周期性不平顺,影响高速行车的安全性和平稳性。本文基于多体系统动力学与有限元联合仿真方法,建立了车-线-桥空间耦合振动模型,将轨道随机不平顺与桥梁徐变作用下的垂向变形相叠加以作为系统外源激励,深入研究了桥梁徐变对轨道不平顺及高速列车动力特性的影响特点,并基于高速铁路列车运营平稳性和安全性要求,提出梁体徐变变形阈值和控制措施。主要研究内容及结论如下:(1)基于有限元理论建立了可考虑预应力作用及混凝土徐变的桥梁有限元模型,预测了桥梁结构在不同服役龄期产生的桥梁徐变。结果表明,10年后简支梁的徐变上拱值为8.17mm,连续刚构梁的下挠值为43.74mm。(2)依据桥梁徐变特性及轨道与梁体变形协调,将正弦曲线拟合的简支梁徐变上拱曲线和计算得到的刚构梁下挠曲线,叠加到轨道随机不平顺谱中,二者结合生成最新的轨道不平顺外源激励。(3)基于多体动力学和有限元理论,分别建立了车辆、轨道模型和桥梁有限元模型,通过UM-FEM接口实现UM-ANSYS的联合仿真。对模型进行仿真工况下条件参数的设置,分别提取车体、桥梁动力响应时程曲线和相关峰值,并与以往研究中的数据和规范限值进行比对,综合验证系统仿真模型的准确性。(4)基于车-线-桥空间耦合振动模型,计算了不同列车速度及轨道不平顺激励下高速车辆的动态响应,结合车桥动力性能评价指标,提出了出梁体徐变阈值和控制措施。建议32m简支梁徐变上拱限值为7mm,本文研究的刚构梁桥成桥后徐变限值按38mm控制。为避免连续刚构梁桥徐变引起的轨道不平顺超限,并保证高速行车的平稳和安全性,建议成桥后无砟轨道施工至少延后3个月以上。
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