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《西南交通大学》 2009年
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高速铁路车辆—道岔—桥梁耦合振动理论及应用研究

陈嵘  
【摘要】: 高速铁路对线路的平顺性要求严,高架桥、长大桥多为其主要特征,车站咽喉区位于桥梁上的可能性较普通铁路大得多。作为限速关键设备的高速道岔铺设于桥梁上,岔桥结构发生剧烈的动力相互作用,从而降低高速列车桥上过岔时的安全性与平稳性。随着我国客运专线和高速铁路的建设,快速及高速行车条件下车辆与桥上道岔的动态相互作用问题成为亟需开展的基础性课题之一。本文在参考国内外车桥振动理论与道岔动力学研究资料的基础上,将机车车辆、道岔区轨道与桥梁视为一个整体大系统,以车辆动力学、道岔动力学、桥梁动力有限元方法为基础,以岔区轮轨关系、岔桥关系为联系纽带,应用数值仿真的方法来研究高速行车条件下道岔区轨道及桥梁结构的动力特性、行车的安全性和平稳性,为高速铁路桥上无缝道岔的设计方案评估和参数优化提供理论支撑。主要研究工作如下: 1.建立车辆-道岔-桥梁耦合振动系统模型 将机车车辆视为一个由悬挂弹簧和阻尼联系起来的7刚体(1个车体、2个构架、4个轮对)振动系统,每个刚体具有点头、摇头、侧滚、沉浮和横移5个自由度,整个车辆系统共有35个自由度。在综合高速道岔结构特点的基础上,建立起包含转辙器、连接部分和辙叉三部分的完整道岔动力学模型,模型中考虑钢轨截面型式变化、顶铁接触传力、间隔铁高强联结、滑床台非线性支承等因素;将轨枕或支承块视为刚体并考虑其垂向、横向及转动自由度,无砟轨道板的垂向振动按弹性地基上的等厚度矩形薄板考虑,而横向视为刚体运动。运用动力有限元方法将桥梁结构离散化。 2.详细论述车辆-道岔-桥梁动态相互作用原理并建立相应分析理论、编制通用计算程序DATTB 综合应用道岔区多变的轮/岔接触几何关系、轮轨Hertz非线性弹性接触理论、轮轨蠕滑理论、岔桥相互作用关系,详细论述了车辆-道岔-桥梁动态相互作用原理。以高速道岔结构及状态不平顺作为系统的主要激振源,根据离散系统动力问题的Hamilton变分原理和“对号入座”法则建立起车-岔-桥耦合振动分析理论,并编制出相应动力学仿真通用程序DATTB。 3.高速铁路岔桥结构运用安全性以及行车平稳性评估标准探析 提出以列车桥上过岔的安全性及平稳性、道岔与桥梁的强度和稳定性作为桥上道岔的动力评估准则,对国内外有关机车车辆、道岔及桥梁的动力学性能评价指标,如轮轨垂、横向力、轮轴横向力、尖轨及心轨开口量、尖轨及心轨动应力、脱轨系数、轮重减载率、车体振动加速度、平稳性指标、桥梁挠度、桥梁自振频率、桥梁横向振幅、桥梁振动加速度等进行了归纳整理。 4.车-岔-桥耦合振动试验研究 应用DATTB对浙赣线湄池特大桥上200km/h提速改进型60kg/m钢轨12号有砟道岔进行动力学评估,通过仿真结果与实测结果的对比分析,验证了DATTB的可靠性。同时,桥上道岔与路基上道岔的动测结果对比分析表明,桥上道岔区轮轨动力相互作用远较普通路基上道岔区强烈。 5.高速车辆与桥上道岔的动态相互作用规律研究 系统研究车辆、道岔和桥梁的各种可变因素对车-岔-桥耦合振动的影响,揭示出高速车辆与桥上道岔的动态相互作用规律,并提出了高速铁路桥上无缝道岔动力设计指导原则。优化的道岔区轮轨关系和轨道刚度、合理的桥梁竖向刚度和岔桥相对位置是保证高速列车桥上过岔安全性与平稳性的关键。 6.车辆-道岔-桥梁耦合振动理论的工程应用 以郑西客运专线无砟轨道多种跨度布置连续梁桥上铺设法国COGIFER时速350公里18号道岔和厦深客货混跑铁路有砟轨道(48+2×80+88+48)m连续梁桥上铺设中国自主研发的时速250公里30号道岔的动力学评估为例阐述了车辆-道岔-桥梁耦合振动理论的实际应用。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:U211.3

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【引证文献】
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2 陈嵘;王平;刘学毅;;高速车辆与桥上道岔动态相互作用规律初探[J];铁道学报;2011年06期
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1 辛涛;高速铁路高架桥上无砟道岔动力特性研究[D];北京交通大学;2012年
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1 李苍楠;基于刚柔耦合联合仿真的高速铁路桥上无砟道岔动力学研究[D];北京交通大学;2011年
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4 安彦坤;桥梁沉降对岔区无砟轨道结构力学特性的影响研究[D];北京交通大学;2012年
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【参考文献】
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5 晋智斌;车—线—桥耦合系统及车—桥随机振动[D];西南交通大学;2007年
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7 陈小平;高速道岔轨道刚度理论及应用研究[D];西南交通大学;2008年
8 杨荣山;桥上无缝道岔纵向力计算理论与试验研究[D];西南交通大学;2008年
【共引文献】
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9 董作超;王洪岭;;平面框架结构耗能支撑的地震响应时程分析[J];四川建筑科学研究;2011年01期
10 肖烨;陈剑毅;易萍华;;自由度匹配技术在框架结构损伤识别中的应用研究[J];四川建筑科学研究;2011年02期
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3 宫建国;陶钧;曾胜;金涛;;地基平面沉降下的大型石油储罐模态分析[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
4 张应迁;石艳;唐克伦;刘明;;外压容器临界载荷特性研究[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
5 王青平;白武明;王洪亮;;多重网格在二维泊松方程有限元分析中的应用[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(上)[C];2012年
6 陈秀东;;对高速公路服务区延伸服务功能的探讨[A];中国公路学会高速公路运营管理分会2011年度年会暨第十八次全国高速公路运营管理工作研讨会论文集[C];2011年
7 李同春;朱寿峰;赵兰浩;胡继刚;;考虑坝体与坝肩动力相互作用的坝肩稳定动接触降强算法[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
8 张汉云;张燎军;;基于虚拟裂缝模型的带横缝高拱坝的抗震性能研究[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
9 袁穗波;陈彰德;;洞庭湖湿地生物多样性:丰富度、管理与保护[A];2011年中国农业系统工程学术年会论文集;海峡两岸农业学术研讨会论文集;长沙市第五届自然科学学术年会农学研讨会论文集[C];2011年
10 纪军;王安华;任增金;;圆沉箱内隔墙的设置方式[A];中国土木工程学会港口工程分会第七届港口工程技术交流会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张红哲;车身概念设计智能CAE关键技术的研究[D];长春理工大学;2010年
2 查云飞;类菱形车转向系统研究与分析[D];湖南大学;2010年
3 毛海涛;无限深透水地基上土石坝坝基渗流控制计算方法和防渗措施的研究[D];新疆农业大学;2010年
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7 谭林;基于动力指纹的结构损伤识别可靠度方法研究[D];华南理工大学;2010年
8 童伟;整体耦合式消扭悬架系统原理及其运动学和动力学研究[D];华南理工大学;2010年
9 王宏;毛竹林生态型模式施肥应用研究[D];北京林业大学;2011年
10 曲建军;基于提速线路TQI的轨道不平顺预测与辅助决策技术的研究[D];北京交通大学;2011年
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1 张伟杰;高层建筑和高耸结构的简化动力分析[D];河南理工大学;2010年
2 胡婷萍;大厚度电子束焊缝的超声检测及缺陷散射信号的研究[D];南昌航空大学;2010年
3 马飞飞;框架结构轻钢加层的地震反应分析研究[D];山东科技大学;2010年
4 赵永梅;方钢管混凝土火灾条件下温度场和温度应力研究[D];山东科技大学;2010年
5 王钊;桩—锚杆支护结构可靠性研究[D];山东科技大学;2010年
6 王权;起重机减速器变位斜齿轮副有限元仿真分析与研究[D];山东科技大学;2010年
7 夏云清;装载机差速器齿轮的非线性接触与疲劳寿命分析[D];浙江理工大学;2010年
8 王志宽;大直径人工挖孔扩底桩承载力试验研究与工程应用[D];郑州大学;2010年
9 辛栋;纤维增强聚合物复合材料力学性能的数值预测[D];郑州大学;2010年
10 易明;地震作用下渡槽结构的动力可靠度分析[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘衍峰;高亮;冯雅薇;;桥上无缝道岔受力与变形的有限元分析[J];北京交通大学学报;2006年01期
2 高克金;任尊松;;25t轴重货车通过道岔时动力学性能分析[J];北京交通大学学报;2006年04期
3 任尊松;何小河;;道岔区轮轨间隙动态变化特性研究[J];北京交通大学学报;2007年01期
4 孙大新;高亮;刘衍峰;;桥上无碴轨道无缝道岔力学特性分析[J];北京交通大学学报;2007年01期
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9 蔡小培;王平;李成辉;;转辙器轨距加宽对高速道岔动力特性的影响[J];铁道科学与工程学报;2008年04期
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中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 李兴泉;;燃气SCADA系统的应用分析[A];山东土木建筑学会燃气专业委员会2008年年会论文集[C];2008年
2 孟于飞;郭恩栋;刘红丽;;SCADA系统在燃气管网地震紧急处置中的应用研究[A];上海防灾救灾研究所20周年庆典会议研究短文集[C];2009年
3 孟于飞;郭恩栋;刘红丽;;城市燃气管网的地震紧急处置系统研究[A];第三届全国城市与工程安全减灾学术研讨会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 全玉云;机车车辆/轨道系统垂耦合动力学有限元分析的研究[D];铁道部科学研究院;2000年
2 张格明;中高速条件下车红桥动力分析模型与轨道不平顺影响[D];铁道部科学研究院;2001年
3 罗强;高速铁路路桥过渡段动力学特性分析及工程试验研究[D];西南交通大学;2003年
4 蔡成标;高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究[D];西南交通大学;2004年
5 徐志胜;轨道交通轮轨噪声预测与控制的研究[D];西南交通大学;2004年
6 万家;高速列车—无碴轨道—桥梁耦合系统动力学性能仿真研究[D];铁道部科学研究院;2006年
7 杨广军;车辆—无碴轨道—桥梁系统竖向耦合振动特性的研究[D];上海交通大学;2007年
8 晋智斌;车—线—桥耦合系统及车—桥随机振动[D];西南交通大学;2007年
9 曾志平;高速铁路桥上无缝道岔伸缩力及列车—道岔—桥梁系统空间振动研究[D];中南大学;2006年
10 林玉森;地震作用下高速铁路桥上列车走行性研究[D];西南交通大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马军旺;路基不均匀沉降对岔区无砟轨道结构力学特性的影响研究[D];北京交通大学;2011年
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6 刘红丽;长输油气管线工程抗震综合研究[D];中国地震局工程力学研究所;2004年
7 孙加林;秦沈客运专线大号码道岔线型分析和动力响应研究[D];铁道部科学研究院;2004年
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9 陈小平;板式轨道轮轨滚动噪声研究[D];西南交通大学;2004年
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【二级引证文献】
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1 李刚;高速动车组道岔通过性能及影响因素分析[D];西南交通大学;2012年
2 任少伟;基于动力学分析的高速铁路夹直线与夹圆线技术条件研究[D];西南交通大学;2012年
【二级参考文献】
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6 任尊松;何小河;;道岔区轮轨间隙动态变化特性研究[J];北京交通大学学报;2007年01期
7 孙大新;高亮;刘衍峰;;桥上无碴轨道无缝道岔力学特性分析[J];北京交通大学学报;2007年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 冯星梅;中小跨度铁路桥梁横向振动模拟及适应快速行车结构型式的研究[D];铁道部科学研究院;2000年
2 阴存欣;铁路桥梁纵向附加力的静动力非线性分析与仿真研究[D];铁道部科学研究院;2000年
3 张格明;中高速条件下车红桥动力分析模型与轨道不平顺影响[D];铁道部科学研究院;2001年
4 李秋义;高速铁路无缝线路动力稳定性概率分析理论研究[D];中南大学;2003年
5 蔡成标;高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究[D];西南交通大学;2004年
6 徐庆元;高速铁路桥上无缝线路纵向附加力三维有限元静力与动力分析研究[D];中南大学;2005年
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1 孙加林;秦沈客运专线大号码道岔线型分析和动力响应研究[D];铁道部科学研究院;2004年
2 万轶;桥上无缝道岔模型试验的设计与研究[D];西南交通大学;2006年
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4 宋金海;用调整垫片消除75型道岔轨撑与铁座间隙的建议[J];铁道建筑;1984年04期
5 吴雄先;郭华;;挤压道岔轨断裂原因分析[J];理化检验(物理分册);2006年02期
6 陈世瑞;;浅谈如何优化道岔备用料管理[J];科技情报开发与经济;2009年30期
7 马玉坤;李善坡;张长青;刘飞;;普通平车运输50m长道岔轨的动力学仿真研究[J];铁道运输与经济;2011年05期
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9 张全发;对6502电气集中电路中侵限绝缘检查电路处理方式的变更[J];铁道通信信号;2002年07期
10 罗雁云;谭大正;施董燕;;基于刚柔结合建模技术的道岔区轮轨动力学仿真分析[J];城市轨道交通研究;2010年02期
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5 贺印田记者 胡左;包钢高强度高韧性贝氏体钢轨受瞩目[N];科技日报;2007年
6 林丰;包钢、清华大学合作研发的两项科技项目通过鉴定[N];中国有色金属报;2007年
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 陈嵘;高速铁路车辆—道岔—桥梁耦合振动理论及应用研究[D];西南交通大学;2009年
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1 蔡昱;客运专线18号无砟道岔关键技术研究[D];长安大学;2011年
2 李刚;高速动车组道岔通过性能及影响因素分析[D];西南交通大学;2012年
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