武汉理工大学硕士学位论文
温度作用下双块式无砟轨道道床板有限元分析
姓名：张澜申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：周强20091101
武汉理工大学硕士学位论文摘要国家《中长期铁路网规划》于２００４年经国务院审议通过，其发展目标为：到２０２０年，全国铁路营业里程达到１０万公里，其中建设客运专线１．２万公里以上，客车速度目标值达到每小时２００公里及以上。虽然我国高速铁路发展迅速，对于无砟轨道的理论研究也起步较早，但是还没有形成系统完善的无砟轨道设计理论、设计方法以及成熟的施工经验，因而必须加快无砟轨道的研究速度，对无砟轨道的计算方法、结构形式、计算参数、评价方法等方面进行系统全面的研究，形成统一、完善的无砟轨道设计理论和方法，以利于更好的指导我国高速铁路无砟轨道的建设。本文以武广客运专线Ｒｈｅｄａ２０００型双块式无砟轨道为研究对象，应用大型有限元分析软件ＡＮＳＹＳ分析了桥梁上双块式无砟轨道混凝土道床板在轨道荷载和温度荷载作用下无砟轨道的应力响应和位移响应。本文的主要工作包括以下几个方面：（１）Ｒｈｅｄａ２０００型双块式无砟轨道道床板重点施工技术要点总结。（２）选取正确的计算单元，建立合理的计算模型，提出不同温度荷载组合情况下的道床板荷载工况。桥台、中间层和轨枕用ＳＯＬＩＤ４５单元模拟，道床板用ＳＯＬＩＤ６５单元模拟，钢轨用ＢＥＡＭｌ８８单元模拟，扣件用ＣＯＭＢＩＮＥ３９单元模拟。分别建立了整体结构有限元模型、桥台模型、中间层模型、道床板和轨枕模型、钢轨和扣件模型。（３）通过数值模拟的方法计算桥梁上双块式无砟轨道道床板在轨道荷载和温度荷载作用下的系统变形、位移响应和应力响应，其中包括夏季加载、冬季加载和春秋季加载三种不同的温度荷载。（４）实际工程中温度应力是导致混凝土破坏的主要形式，从不同季节温度荷载下的响应看来，道床板最大拉应力夏季加载和冬季加载比春／秋加载大很多，可见温度荷载是拉应力增加的主要原因。（５）在不同季节温度荷载作用下，道床板的最大位移和应力都符合设计要求，而且应力表现为很好的对称性。在夏季加载下，系统项部呈现“膨胀”的趋势，底部呈现“收缩”的趋势，道床板最大的拉应力出现在无砟轨道的底层；在武汉理工犬学硕士学位论文冬季加载下，系统顶部呈现“收缩”的趋势，底部呈现“膨胀”的趋势，最大的拉应力出现在无砟轨道的顶层。在春／秋加载下，由于没有温度梯度的作用，系统没有“膨胀”或“收缩”的趋势。关键词：无砟轨道；混凝土；道床板；有限元分析Ⅱ武汉理工大学硕士学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＳｔａｔｅｃｏｕｎｃｉｌｒｅｖｉｅｗｅｄａｎｄａｐｐｒｏｖｅｄｎａｔｉｏｎａｌ‘‘Ｍｅｄｉｕｍａｎｄｌｏｎｇ－ｔｅｒｍＲａｉｌｗａｙｎｅｔｗｏｒｋＰｌａｎ＂ｉｎ２００４．Ｉｔｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔａｒｇｅｔｓｉｓ：ｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｎａｔｉｏｎａｌｒａｉｌｗａｙｌｉｎｅｉｎｏｐｅｒａｔｉｏｎｗｉｌｌａｃｈｉｅｖｅｄ１００，０００ｋｉｌｏｍｅｔｅｒｓ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｐａｓｓｅｎｇｅｒｄｅｄｉｃａｔｅｄｌｉｎｅｗｉｌｌｂｅｍｏｒｅｔｈａｎ１２，０００ｋｉｌｏｍｅｔｅｒｓａｎｄｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｔｒｉｐｓｐｅｅｄｔａｒｇｅｔｄｅｓｉｇｎｔｈｅｏｒｙ，ｗｉｌｌｂｅｈｉｇｈｅｒｔｈａｎ２００ｋｍ／ｈ．Ｔｈｅｍａｔｕｒｅａｎｄｒ’ｅ］ｒｆｅｃｔｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋｓｔｉｌｌｄｅｓｉｇｎｔｈｏｕｇｈｍｅｔｈｏｄａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｕｒｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｈａｖｅｎ’ｔｂｅｅｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｅｖｅｎｃｏｕｎｔｒｙ’Ｓｒａｉｌｗａｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｐｅｅｄｉｓｑｕｉｔｅｒａｐｉｄａｎｄａｌｓｏｓｔａｒｔｅｄｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋｔｈｅｏｒｙｒｅｓｅａｒｃｈｅａｒｌｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｗｅｍｕｓｔｓｐｅｅｄｕｐｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｂａｌｌａｓｆｌｅｓｓｔｒａｃｋａｎｄｐｅｒｆｏｒｍｏｖｅｒａｌｌｒｅｓｅａｒｃｈｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｂａｌｌａｓｔｌｃｓｓｔｒａｃｋｄｅｓｉｇｎｔｈｅｏｒｙ，ｃａｎｂｅｆｏｒｍ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙｗｈｉｃｈｈｅｌｐｆｕｌｔｏｄｉｒｅｃｔｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｈｉｇｈｓｐｅｅｄｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ｄｅｄｉｃａｔｅｄａｎｄｌｉｎｅＲｈｅｄａ２０００ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｈｅｓｔｒｅｓｓｒｅｓｐｏｎｓｅＷｕｈａｎ－Ｇｕａｎｇｚｈｏｕｓｙｓｔｅｍｉｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐａｓｓｅｎｇｅｒ０ｂｊｅｃｔｉｎｔｈｉｓｔｒｅａｔｉｓｅａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｄｏｕｂｌｅｂｌｏｃｋｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋｃｏｎｆ。ＴｅｔｅｏｎｔｈｅｖｉａｄｕｃｔｂｙｇｒｅａｔｗｈｉｃｈｉｓａｐｐｌｉｅｄｂｙｔｒａｃｋｌｏａｄａｎｄｆｉｎｉｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｏａｄｉｎｓｕｍｍｅｒａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳ．Ｔｈｅｍａｉｎｗｏｒｋｏｆｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｃｌｕｄｅｓｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇａｓｐｅｃｔｓ：（１）Ｓｕｍｍａｒｉｚｅｏｆｃｏｎｓｔｒｕ，ｃｌｄｏｎｍｅｔｈｏｄＲｈｅｄａ２０００ｄｏｕｂｌｅｂｌｏｃｋｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｓｔａｔｅｍｅｎｔａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｏｉｎｔｓｏｆｔｒａｃｋＴＣＬ．ｕｎｉｔ，ｆｏｕｎｄｒｅａｓｏｎａｂｌｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｌ；（２）Ｃｈｏｓｅｂｒｉｎｇｆｏｒｗａｒｄｒｉｇｈｔｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｎ．ａＣｋｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｒｅｔｅｌａｙｅｒｌｏａｄｃａｓｅｓｕｎｄｅｒｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｌｏａｄｓｌｅｅｐｅｒａｌｅｏｆｂｙｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｏａｄ．ＴｈｅＡｂｕｔｍｅｎｔ，Ｍｉｄ－ｌａｙｅｒａｎｄｆｉｎｉｔｅｓｔｉｍｕｌａｔｅｄＦａｓｔｅｎｅｒＳＯＬＩＤ４５ｃｅｌｌ，ＴＣＬｂｙＳＯＬＩＤ６５ｃｅｌｌ，ＲａｉｌｂｙＢＥＡＭ１８８ｆｏｒｃｅｌｌａｎｄＣＯＭＢＩＮＥ３９ｃｅｌｌ．ＢｕｉｌｄｕｐｃｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌＩｎｔｅｇｒａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，Ａｂｕｔｍｅｎｔ，Ｍｉｄ－ｌａｙｅｒ，ＴＣＬ，Ｒａｉｌ，ａｎｄＦａｓｔｅｎｅｒ．（３）Ｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｏｎｃｒｅｔｅｌａｙｅｒｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｓｔｒｅｓｓｔｒａｃｋｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｄｏｕｂｌｅｂｌｏｃｋｂａｌｌａｓｆｌｅｓｓｔｒａｃｋｔｈｅｖｉａｄｕｃｔｕｎｄｅｒｌＩＩ茎圣堡三查兰堡主堂垡堡奎一．————＿—————————————————————————一一ｌｏａｄａｎｄｔ锄ｐ咖ｌｏａｄｌｏａｄ８１０ｂｙｎｕｍｅｒｉｃａｌａｒｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｔ鲫ｐＩ琵ａｔｌｌｒｅａｎａｌｙｚｅｄｗｈｉｃｈＳｔＨｌｌｌｎｅＩ＂ｌｏａｄ，ｗｉｎｔｅｒｌｏａｄ，ｓｐｒｉｎｇｌｏａｄａｎｄ一ｏｆｄｉ删ａｕｔｕｍｎｌｏａｄ．ｉｎ删ｐｒｏｊｅｃｔＳ．Ｔｈｅ扣吣ｃｈ“）Ｔｅｍｐｅ瑚：ｔｌｌｒｃｓｔｒｅｓｓｉｓｔｈｅｍａｉｎｄｒｃｕｍｓｔａｎｅｅｔｈａｔｌｅａｄｓｓｔｒｅｓｓｔｏｃ０∞ｒｅｔｅ－断ｅａｌ【ｉｎｇ１ｓｍａｘｉｍｕｍｔｅｎｓｉｌｅｕｎｄｅｒＳＵＩＩｌＩＩｌｆｆｒｌｏａｄａｎｄｗｉｎｔｅｒｌｏａｄｄｉ删暇ｌＳｏｎｗｈｉｃｈｈｉ毋磁?ｔｈａｎｓｐｒｉｎｇ＆ａｕｔｕｍｎｌｏａｄｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｐｒｏｖｅｄｂｙｔｈｅｒｅｓｐｏ。珞ｅ０ｌｌｏａｄｉｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｏａｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｈｅ删１１ｎ删ｔｏｐｏｆＴＣＬｏｔａｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓ．（５．）Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｄｉｓｐｌａｃｃｍｅｎｔａｎｄｓｔｒｅｓｓｍｅｅｔｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ啪ｄｅｆｔｅｎｄ吼ｃｙａｔｄｉ岱贯献ｓｅａｓｏｎｔ锄ｐｅｒａｔｕｒｅｌｏａｄａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｉｓｆｕｌｌｙｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ．Ｔｈｅｓ俩锄ｐｒｅｓｅｎｔｓｂｏｔｔｏｍｏｆＴＣＬｂｏｔｔｏｍａｐｐ昀ｒｓａｂｏｔｔｏｍａｐｐｅａｒｓｔｅｎｄｅｎｃｙｏｆｅｘｐａｎｓｉｏｎａｎｄｔｈｅｓｂＩ诎ａｇｅｌｍｄ盯ＳＵｌＩｌｌｎｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＴｈｅａｌｏａｄａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｔｅｎｓｉｌｅａｓ．嘲１８ｔｈｅｔｏｐｏｆＴＣＬｓｙｓｔｅｍｐｒｅｓｅｎｔｓｔｅｎｄｅｎｃｙｏｆｓｈｒｉｎｋａｇｅａｎｄ．ｔｈｏｌｏａｄａｎｄｔｈｅｔｅｎｄｅｎｃｙｓｔｒｅｓｓｉｓａｔｏｆｅｘｐａｎｓｉｏｎｕｎｄｅｒｗｉｎｔｅｒ１１０ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｅｎｄｅｎｃｙｍ∞【ｉ］ｍ雌ｍｔｅｎｓｉｌｅｔｈｅｔｏｐｏｆＴＣＬ．Ｔｈｅｒｅｉｓｏｆｅｘｐａｎｓｌｏｎａｎｄ１１０ａｕｔｔｍｍＳｈｒｉＩｌｌ【ａｇｅｕｎｄｅｒｓｐｒｉｎｇａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｏａｄｂｅｃａｕｓｅｏｆｔ伽职僦哪蓼ａｄｉｅｎｔ．ｃｏｎｃｒｅｔｅｌａｙｅｒ；，ｆｉｎｉｔｅＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｔｒａｃｋｄｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓＩＶ