高速铁路桥梁：轨道变形映射与行车安全

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 我国高速铁路发展历程 1
1.2 桥梁-轨道变形映射问题的提出 2
1.3 国内外高速铁路桥梁结构变形限值规定 4
1.3.1 日本高速铁路桥梁结构变形限值规定 4
1.3.2 德国高速铁路桥梁结构变形限值规定 5
1.3.3 国内高速铁路桥梁-轨道结构变形限值规定 5
1.4 国内外研究现状 9
1.4.1 高速铁路基础结构变形与轨面几何形态的拓扑关系 9
1.4.2 层间结构联结失效对轨道不平顺的影响 10
1.4.3 长期服役条件下桥上行车安全性 11
1.5 本书内容 13
第2章 桥梁结构竖向变形与CRTSⅠ型轨道几何形态的映射模型 14
2.1 桥梁结构竖向变形导致钢轨变形机理分析 14
2.2 基本假定 15
2.3 坐标系建立及变换 15
2.4 轨道板模型 16
2.4.1 单个扣件力作用下轨道板变形 17
2.4.2 多个扣件力作用下轨道板变形 19
2.4.3 桥梁结构竖向变形作用导致轨道板变形 20
2.4.4 轨道板变形总量 20
2.5 钢轨模型 22
2.5.1 钢轨力学分析 23
2.5.2 钢轨模型建立 24
2.6 桥梁结构竖向变形映射至轨面的解析表达式 25
2.7 典型竖向变形模式与轨面几何形态的映射模型 26
2.7.1 桥墩沉降与钢轨变形的映射模型 26
2.7.2 梁体竖向错台与钢轨变形的映射模型 27
2.7.3 梁端竖向转角与钢轨变形的映射模型 29
2.8 解析模型编程求解流程 30
2.9 单元板式无砟轨道与桥梁结构的有限元模型 31
2.9.1 结构构造及参数取值 31
2.9.2 有限元模型的建立 33
2.10 竖向变形映射模型的验证 34
2.10.1 映射模型与有限元模型的对比验证 34
2.10.2 映射模型与室内试验的对比验证 41
2.11 本章小结 44
第3章 桥梁结构横向变形与CRTSⅠ型轨道几何形态的映射模型 46
3.1 桥梁结构横向变形导致钢轨变形机理分析 46
3.2 基本假定 46
3.3 轨道板模型 47
3.4 钢轨模型 51
3.5 桥梁结构横向变形映射至轨面的解析表达式 51
3.6 典型横向变形模式与轨面几何形态的映射模型 52
3.6.1 梁端横向转角与钢轨变形的映射模型 52
3.6.2 梁体横向错台与钢轨变形的映射模型 53
3.7 解析模型编程求解流程 54
3.8 横向变形映射模型与有限元模型的对比验证 54
3.8.1 梁体横向错台 55
3.8.2 梁端横向转角 58
3.9 本章小结 60
第4章 含层间联结失效长时影响的桥梁-CRTSⅡ型轨道变形映射模型 61
4.1 桥梁结构竖向变形引起轨道不平顺机理分析 61
4.2 层间联结失效的影响分析 62
4.3 基本假定及坐标系的建立 63
4.4 底座板模型 65
4.4.1 底座板力学分析 65
4.4.2 底座板模型建立 67
4.5 轨道板模型 69
4.5.1 轨道板力学分析 70
4.5.2 轨道板模型建立 71
4.6 钢轨模型 74
4.6.1 钢轨力学分析 75
4.6.2 钢轨模型建立 76
4.7 桥梁结构模型 79
4.7.1 桥墩沉降引起的梁体竖向变形 80
4.7.2 梁体竖向错台引起的梁体竖向变形 80
4.7.3 梁端竖向转角引起的梁体竖向变形 81
4.8 层间相互作用力 81
4.8.1 扣件力 81
4.8.2 砂浆弹簧力 82
4.8.3 接触弹簧力 83
4.9 桥梁附加变形与轨道不平顺的映射通用解析模型 84
4.10 解析模型编程求解流程 85
4.11 桥梁结构及纵连板式无砟轨道有限元模型 87
4.11.1 参数取值 87
4.11.2 有限元模型的建立 88
4.12 桥梁-轨道变形映射通用解析模型的验证 89
4.12.1 无层间联结失效时解析模型与有限元模型的对比 90
4.12.2 层间联结失效时映射解析值与有限元模型计算值的对比 96
4.12.3 层间联结失效时映射解析值与轨道高低不平顺实测值的对比 102
4.13 本章小结 103
第5章 关键参数对轨道平顺性的影响机理 105
5.1 桥梁结构附加变形幅值对桥梁-轨道变形映射的影响 105
5.1.1 桥墩沉降幅值对桥梁-轨道变形映射的影响 105
5.1.2 梁体竖向错台幅值对桥梁-轨道变形映射的影响 110
5.1.3 梁端竖向转角幅值对桥梁-轨道变形映射的影响 115
5.2 桥梁跨度对桥梁-轨道变形映射的影响 120
5.3 梁端悬出长度对桥梁-轨道变形映射的影响 121
5.4 扣件竖向刚度对桥梁-轨道变形映射的影响 124
5.5 砂浆层竖向刚度对桥梁-轨道变形映射的影响 127
5.6 板底脱空对桥梁-轨道变形映射的影响 130
5.6.1 板底脱空位置对桥梁-轨道变形映射的影响 130
5.6.2 板底脱空长度对桥梁-轨道变形映射的影响 135
5.7 层间离缝对桥梁-轨道变形映射的影响 137
5.7.1 层间离缝位置对桥梁-轨道变形映射的影响 137
5.7.2 层间离缝长度对桥梁-轨道变形映射的影响 142
5.8 扣件弹条断裂对桥梁-轨道变形映射的影响 144
5.8.1 扣件弹条断裂位置对桥梁-轨道变形映射的影响 145
5.8.2 扣件弹条断裂个数对桥梁-轨道变形映射的影响 149
5.9 本章小结 151
第6章 高速铁路列车-轨道-桥梁耦合振动分析方法 154
6.1 车辆模型及运动方程 154
6.1.1 车辆动力学模型 154
6.1.2 受力分析 156
6.1.3 车辆运动方程 160
6.2 桥梁有限元模型 162
6.3 轨道结构振动模型 165
6.4 轮轨相互作用分析模型 167
6.4.1 轮轨接触几何关系 167
6.4.2 轮轨法向力计算 168
6.4.3 轮轨蠕滑力计算 169
6.5 列车-轨道-桥梁耦合振动方程 170
6.6 基于SIMPACK与ANSYS建立的列车-轨道-桥梁耦合振动
?分析模型 171
6.6.1 车辆多体动力学模型 171
6.6.2 桥梁-轨道模型 176
6.6.3 SIMPACK中列车-轨道-桥梁耦合振动的实现 177
6.7 系统激励 179
6.7.1 轨道随机不平顺 180
6.7.2 轨道附加不平顺 181
6.8 列车运行安全性和舒适性评价指标 183
6.9 本章小结 184
第7章 关键因素对高速列车时频域动力学性能的影响 185
7.1 桥梁附加变形对车辆时域动力学性能的影响 185
7.1.1 桥墩沉降对车辆时域响应的影响 187
7.1.2 梁端转角对车辆时域响应的影响 188
7.1.3 梁体错台对车辆时域响应的影响 189
7.1.4 梁体徐变上拱对车辆时域响应的影响 190
7.2 桥梁附加变形对车辆频域动力学性能的影响 191
7.3 不同车速和不同车型对车辆动力学性能的影响 193
7.3.1 桥墩沉降 194
7.3.2 梁端转角 195
7.3.3 梁体错台 196
7.3.4 徐变上拱 198
7.4 层间联结失效对车辆动力学性能的影响 199
7.5 本章小结 201
第8章 多指标高速铁路桥梁服役安全评价准则 203
8.1 高速铁路桥梁附加变形与行车安全的映射关系 203
8.1.1 桥墩沉降与车辆响应变化量的定量映射关系 203
8.1.2 徐变上拱与车辆响应变化量的定量映射关系 207
8.2 基于参数讨论法的桥梁附加变形安全阈值 209
8.2.1 桥墩沉降阈值 210
8.2.2 徐变上拱阈值 211
8.2.3 梁端转角和梁体错台阈值 212
8.3 基于桥梁附加变形的多指标桥上行车安全评价准则 212
8.4 本章小结 213
参考文献 214