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高架车站到发线框架梁式无砟轨道结构研究

赵健  
【摘要】:我国客运专线铁路到发线多采用有砟轨道结构,与正线的无砟轨道接轨存在诸多多问题,如刚度过渡不均匀、养护维修多,影响线路运营等;如采用正线的无砟轨道结构型式,施工困难、成本又太高,因此应设计结构相对简易、经济可靠的到发线无砟轨道型式。到发线无砟轨道不仅综合了无砟轨道的技术特点及难点,而且涉及到许多与车站减振降噪、养护维修等相关的技术问题,是当今高速铁路及客运专线铁路建设急需解决的难题之一。 本文就高速铁路高架车站到发线框架梁式无砟轨道设计方法进行了全面系统的研究,包括力学模型、计算方法、检算方法等,为框架梁式无砟轨道的设计提供了理论基础。本文的主要工作如下: (1)在系统总结和分析国内外无砟轨道的技术特点、设计方法及轨道动力学研究现状的基础上,针对高速铁路高架车站到发线无砟轨道结构设计问题,提出了以框架梁式无砟轨道为研究对象,以有限元方法为基础,以减小轨道受力、变形及车辆动力性能为目标的研究思路。 (2)在充分考虑框架梁式无砟轨道系统结构特点、受力机理的基础上,建立了框架梁式无砟轨道静力分析模型和车辆—轨道耦合动力学分析模型,对车辆、钢轨、扣件、无砟轨道部件等进行了模拟,实现了无砟轨道静、动态设计,并对理论分析模型进行了验证。 (3)分析了列车荷载、温度荷载、桥梁挠曲荷载的作用方式及对框架梁式无砟轨道结构受力和变形的影响,结果表明列车荷载对框架梁式无砟轨道结构受力影响最大,其次为垂向温度梯度荷载,再次为桥梁挠曲荷载,而纵向温度荷载梯度的影响最小得出了框架梁式无砟轨道荷载组合设计。 (4)基于所建立的理论分析模型和荷载组合方式对框架梁式无砟轨道结构的框架梁合理长度进行了深入分析,5450型和6450型框架梁的底部和顶面纵向弯矩分布较合理,为最优长度取值。建议综合考虑静、动力学特性及技术、经济与整体性等方面的因素,确定最合理的长度取值。 (5)对抗剪销+胶垫方案、L型支座+胶垫方案、抗剪销+CA砂浆三种不同的框架梁式无砟轨道锚固方案进行了对比分析,静力计算结果表明抗剪销+五对胶垫方案最优、L型支座+五对胶垫方案次之、抗剪销+CA砂浆方案最差,动力计算结果表明三种方案相差不大。 (6)以抗剪销+胶垫结构方案为例,分析了胶垫刚度、砂浆弹性模量、扣件系统刚度对框架梁式无砟轨道结构受力及车辆运营的影响,通过不同参数取值下的受力对比分析,提出了胶垫刚度、砂浆弹性模量、扣件系统刚度相关参数的合理取值建议。 (7)在深入分析框架梁式无砟轨道销钉受力原理和检算方法的基础上,对销钉的纵向和横向受力进行了检算,结合销钉位置对无砟轨道受力的影响分析,优化了销钉布置方式,提出了销钉结构的设置原则供框架梁式无砟轨道设计参考。 本文建立的高速铁路高架车站到发线框架梁式无砟轨道设计方法比较完善,计算模型、方法正确,仿真分析结果可信,对我国高速铁路到发线无砟轨道结构设计具有重要的指导意义。


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