动力稳定作业下铁路桥梁道床动力学特性研究

作     者：陈佳明 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王立华

授予年度：2021年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：铁路桥梁 有砟道床 稳定装置 集中参数法 多体动力学 

摘      要：随着高墩大跨度铁路桥梁逐渐增多,在整个铁路运输中扮演着越来越重要的角色。但维修和新建的桥梁有砟道床线路存在颗粒松散,道床沉降量不足,密实度低,横向阻力远远不够等问题,易导致列车运行发生事故,因此应对道床进行稳定作业。然而,对于稳定作业具体的作业机理研究目前还不多,不同稳定装置作业参数对道床作业效果的影响也缺乏研究,且研究基本针对普通线路的作业,而高墩大跨度桥梁柔性大,稳定装置作业会引起桥梁振动,造成两者互相干扰,影响道床作业效果,因此有必要对稳定装置在桥梁线路上的作业情况进行研究。本文采用集中参数法、数值积分法、多刚体动力学理论、刚柔耦合理论和列车-轨道-桥梁动力相互作用研究方法,选择以动力稳定装置、轨道和箱梁桥为研究对象,对稳定装置在桥梁线路上的作业情况进行了建模和仿真研究。本文研究内容及结果如下:（1）建立了稳定装置-轨道-箱梁系统集中参数模型和系统横向动力学模型,运用数值积分法求解模型,讨论了稳定装置作业时不同道床工况和激振频率对轨枕、桥梁横向动态特性响应的影响。（2）建立了稳定装置-轨道-箱梁系统多刚体动力学模型,并进行动力学仿真,分析了不同垂直下压力和激振频率对轨枕动态响应的影响,得到最优激振频率;在此基础上,研究了道床加速度与垂直下压力之间的变化关系,得到最优的垂直下压力参数。结果表明,在参数允许范围内,垂直下压力越大,轨枕横向位移、速度和横向阻力响应越大;激振频率越大,轨枕横向动态响应先增大后减小,稳定装置最优激振频率为34Hz;随着垂直下压力增大,道床横向和垂向加速度先增大后减小,纵向加速度基本不变,最优垂直下压力为120k N。（3）建立稳定装置-轨道-箱梁系统有限元模型,探究系统各部件的变形量大小,结果表明钢轨变形量远远大于其他部件。对钢轨进行柔性化处理,建立柔性钢轨的稳定装置-轨道-箱梁系统刚柔耦合模型,并与多刚体系统模型进行仿真对比分析。在刚柔耦合模型基础上,综合比较了激振频率和垂直下压力对轮轨横向接触力的影响,以及对不同高度跨度桥梁下的系统横向动态响应进行了分析。研究表明:增大激振频率和垂直下压力都能提高轮轨横向接触力,且对激振频率变化的灵敏性更强;桥梁高度跨度相应越大,轨枕横向位移、道床横向阻力越大,横向速度稍微减小,桥梁的横向位移、速度也越大,而加速度越小。