温度荷载作用下双块式无砟轨道道床板有限元分析 - 图文(6)

武汉理工大学硕士学位论文使用传统的经纬仪与棱镜等测量仪器，从最初的两个千斤顶的位置开始，将轨排顶升到设计的位置。在这一过程中可能使用横向千斤顶。将轨排沿着轨道长度方向逐步项升并调整到零位置，检查定位并调整相邻的调节螺栓将钢轨固定到位。将测量设备与调整装置移动到下一个有两个钢轨千斤项的位置，重复上述施工步骤。当测量设备与调整装置移动到３号位置时，ｌ号位置的钢轨千斤顶可以移动到６号位置，以确保施工连续进行。当轨排调整到上述零位置下面．１０ｍｍ处，与理想的定位位置相差＋／－２ｒａｍ。每隔２根（第３根）轨枕，安装支柱螺钉（横向支撑），用于稳定轨排。３．２．５使用轨检小车进行最后检测再次使用轨检小车检测系统，以保证轨排（或称之为轨道骨架）最后定位处于正确的位置。如需进行微调，可利用调节螺栓与位于两个调节螺栓支架之间的横向调整装置。经过轨检小车的最后检测，确认了轨道与钢轨均在预期位置，施工允许误差在设计的范围内，则该施工段可以开始浇注混凝土。这是施工程序中最重要的阶段，只有得到测量、施工现场负责人和质量控制三方确认，才能浇注混凝土。３．２．６浇注混凝土根据轨检小车检测系统的最后检测，当轨排施工误差在容许范围内时，就开始浇注混凝土。浇注混凝土之前，必须调节螺栓涂刷油脂，轨枕必须覆盖，轨枕底部必须湿润。模板内的所有区域不能有积水。如有必要，在桥梁下用混凝土泵车输送混凝土，此混凝土泵车将所有的混凝土直接输送至轨道。泵车输送混凝土所有的管道以及所有浇注混凝土所用的设备都必须检查，以确保干净并处于良好的状态，同时要求必须配备备用设备（如振捣设备）。武汉理工大学硕士学位论文如果是在夜间浇注混凝土，则必须有足够的照明，将照明设备布置在轨道两侧。对新浇注的混凝土应加以保护，以免受可能出现的暴雨、寒潮以及赤热的影响。混凝土运送到现场时，应取样测试作为验收依据。将混凝土浇注到最初的两根轨枕之间。使用三个振捣棒将混凝土振实，知道轨枕底部没有气泡，相邻部分的混凝土高于轨枕底部为止。禁止在同一个地方长时间振捣，否则混凝土会有离析飞风险。混凝土应摊铺，密实达到正确的混凝土高度。距离混凝土浇注与振捣１０米处，在将表面水排除与对混凝土表面进行抹灰找平之前，小心地将轨枕与钢轨上的覆盖物移去。当混凝土开始产生强度时，必须抹灰找平两次。此抹灰找平可以增加硬化混凝土的表面硬度。在第二次精细抹灰之后，当混凝土表面达到满意的条件，便可按照生产厂商推荐的方法使用养护用化合物。在抹平混凝土表面过程中与抹灰完成之后，应尽快用湿布与海绵清洁轨枕与钢轨。在浇注混凝土的过程中，如果有任何明显会移动临时轨道支撑或改变轨道定位的事情发生，例如临时支撑破裂或有中型设备撞击轨道，则应停止浇注混凝土而重新进行测量校验。如有必要，应采取停工措施。如果出现重大事故，则应将混凝土冲洗干净，将残留的混凝土移走并收集在一起。在校准轨道几何形位时，不能浇注混凝土。只有在检查过程完全结束之后，才能批准开始浇注混凝土。３．２．７混凝土养护混凝土养护用化合物必须应用在混凝土的整个表面。为新浇注混凝土提供额外保护，在使用了养护用化合物之后，必须用湿润的棉／麻布材料覆盖。在浇注混凝土后，至少需要覆盖三天且应保持棉／麻布材料湿润。在养护用化合物的应用与混凝土硬化达到满意程度后，可以将该施工段的模板拆除。所有调节螺栓，扣轨弹条与其它设备应清洗干净，通过轨检小车移送到下一个施工段重复使用。当混凝土产生强度的初期，应开始检查混凝土侧面与顶部，并对出现的小缺陷（如漏浆）进行修补。２１武汉理工大学硕上学位论文第４章温度场及热应力的有限元分析有限元分析（ＦＥＡ，ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓ）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。４．１有限元介绍有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。２０世纪６０年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（Ｃｌｏｕｇｈ）教授形象地将其描绘为：“有限元法＝ＲａｙｌｅｉｇｈＲｉｔｚ法＋分片函数”，即有限元法是ＲａｙｌｅｉｇｈＲｉｔｚ法的一种局部化情况。不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边界条件的允许函数的ＲａｙｌｅｉｇｈＲｉｔｚ法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。武汉理工大学硕上学位论文对于不同物理性质和数学模型的问题，有限元求解法的基本步骤是相同的，只是具体公式推导和运算求解不同。有限元求解问题的基本步骤通常为：第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。第二步：求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分。显然单元越小（网络越细）则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量及误差都将增大，因此求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。第三步：确定状态变量及控制方法：一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。第四步：单元推导：对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括选择合理的单元坐标系，建立单元试函数。以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵）。为保证问题求解的收敛性，单元推导有许多原则要遵循。对工程应用而言，重要的是应注意每一种单元的解题性能与约束。例如，单元形状应以规则为好，畸形时不仅精度低，而且有缺秩的危险，将导致无法求解。第五步：总装求解：将单元总装形成离散域的总矩阵方程（联合方程组），反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。总装是在相邻单元结点进行，状态变量及其导数（可能的话）连续性建立在结点处。第六步：联立方程组求解和结果解释：有限元法最终导致联立方程组。联立方程组的求解可用直接法、选代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。对于计算结果的质量，将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。简言之，有限元分析可分成三个阶段，前处理、处理和后处理。前处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。武汉理工大学硕士学位论文结构受热而发生温度改变时，其几何尺寸会发生变化，出现结构的变形和应力。为分析结构受热而引起的变形和应力，首先应分析结构内部的温度，计算其温度场。与结构位移分析相似，对于平面、三维、轴对称等不同情况，有着相应的有限元计算方法。４．２平面稳定温度场平面结构受热与放热互相平衡时，结构温度不再随时间而改变，平面内温度只是坐标的函数ｒ（ｘ∥，称平面稳定温度场。有热传导理论，在求解平面区域臼内，此温度函数丁应满足微分方程Ｋ（窘＋雾卜。其中尺为材料热传导系数，Ｐ为热源强度。一般工程结构内部多不产生热量，热量多是由外界传入的，此时网，温度ｒ应满足调和方程（窘芬卜。Ｌ万＋矿ｊ岬。０同的解。∽ｔ）¨－）同样的平面结构，当然可以有不同的温度分布，这与给定的温度条件和对外的热交换情况有关。即，对应于不同的热边界条件，微分方程（４．１）应有不如果平面结构的边界厂上保持有给定的分布温度值丁，即在边界厂上有弘ｒ的条件，这时有限元分析比较简单。（４．２ａ）这属于微分方程的第一类边界条件，相似于结构位移分析中给定边界位移一般结构在边界处可能有与周围介质间的热交换，在边界处可能有给定的热流进入，此时的热交换边界条件为：在边界厂上一磋＝１＋名（ｒ一弓）锄１＼，，（４．２ｂ）其中，拜为边界外法线方向，ｑ为进入的热流，ｔ为周围介质温度；Ａ为放热系数，与边界形状及表面状态有关，一般由实验确定。这种边界情况下，边