西安地裂缝区段轨道结构调整方案及对车辆轨道系统的动力学影响

论文摘要

西安作为我国地裂缝灾害最为严重的城市之一,市区内先后发现了 14条地裂缝,地裂缝两侧上下盘因竖向变形不同步,产生相对位移,导致轨道板在下降盘一侧支撑不稳或者悬吊,使轨道结构局部受力产生突变甚至破坏,影响轮轨关系,威胁车辆通过地裂缝区的安全性。因此寻找解决地铁穿越地裂缝区段的工程方案成为西安城市轨道交通建设的重要难题。目前在地裂缝区段轨道结构采用可调式框架板与调高垫块通过凹凸嵌套加粘接的连接方案,但该方案存在粘接脱落及嵌套处无法保证密贴等问题,车辆经过时,调高垫块容易在荷载及振动的作用下发生溃裂。为此本文设计了新的螺栓式连接方案,并制定出地裂缝沉降量对应的调高垫块的调整方案。在ANSYS Workbench有限元分析软件中对框架板及调高垫块进行了静力学分析,计算结果表明可调式框架板的最大等效应力为11.01MPa,最大整体变形为0.063mm;调高垫块的最大等效应力为10.80MPa,最大整体变形为0.014mm,目前设计采用的混凝土标号满足使用要求。研究了调高垫块的不同支撑间距对钢轨的最大动态下沉量和框架板的最大弯矩的影响,选取1425mm为最优的可调式框架板下调高垫块的布置间距。运用UM多体动力学软件,建立车辆-轨道模型以及地裂缝区段轨道不平顺激扰模型,选择动力学评价指标分析地裂缝沉降量及车辆运行速度对车辆及轨道系统动力学性能的影响,计算结果表明:当车辆运行速度为80km/h,沉降量达到40mm时,相关指标超过限值,需根据已制定的地裂缝区段可调式框架板调整方案对轨道系统进行调节;确定地铁车辆通过地裂缝区的速度限值为40km/h,且当地裂缝沉降量大于60mm时,车辆的运行速度不得大于40km/h。联合运用ANSYS有限元分析软件与UM多体动力学软件,创建了车辆-轨道-多层基础耦合动力学模型。分析了不同数量的调高垫块空吊引起的轨道板的脱空对车辆及轨道系统动力学的影响,结果表明车辆系统的振动响应对框架板的脱空反应不明显,因此在运营过程中宜加强线路巡查;调框架板脱空对框架板及轨道系统的影响较为严重,空吊数量增多后将导致轨道结构的垂向变形过大,长期的累积变形会导致轨道的不平顺性增大,影响地铁车辆的行车安全。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.2.1 地铁跨越地裂缝区段研究现状

1.2.2 车辆与轨道之间相互作用研究现状

1.3 本文研究的目的和内容

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究内容

2 联合仿真模型的建立及车辆轨道系统动力学评价指标

2.1 车辆-轨道-多层基础耦合动力学模型

2.1.1 车辆模型

2.1.2 柔性轨道模型

2.1.3 轨道不平顺激励的选择

2.2 车辆-轨道系统动力学性能评价

2.2.1 车辆运行安全性评价指标

2.2.2 车辆运行平稳性评价指标

2.2.3 车辆与轨道动态作用评价指标

3 可调式框架板结构设计及理论分析

3.1 方案设计

3.1.1 框架板与调高垫块连接设计

3.1.2 调整方案

3.2 静力学特性分析

3.2.1 分析目的及基本参数

3.2.2 可调式框架板静力学性能

3.2.3 调高垫块静力学性能

3.3 调高垫块支撑间距的优化分析

3.4 小结

4 地裂缝对车辆轨道系统动力学的影响

4.1 动力学响应

4.2 地裂缝区沉降量对车辆轨道系统动力学的影响

4.2.1 车辆运行安全性分析

4.2.2 车辆运行平稳性分析

4.2.3 车辆与轨道动态作用分析

4.3 行车速度对地裂缝区车辆轨道系统动力学的影响

4.4 小结

5 框架板主要病害对车辆及轨道系统动力学的影响

5.1 工况的选择

5.2 各工况对车辆轨道系统动力学影响

5.2.1 车辆的动态行为分析

5.2.2 车辆的运行品质分析

5.2.3 轨道结构的动力响应分析

5.3 小结

结论

致谢

参考文献

参与的科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨昇

导师: 石广田,赵金星

关键词: 城市轨道交通,可调式框架板,调高垫块,西安地裂缝,空吊

来源: 兰州交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备,铁路运输

单位: 兰州交通大学

分类号: U231.2;P642.2

DOI: 10.27205/d.cnki.gltec.2019.001085

总页数: 66

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