【博士】高速鐵路RPC板式軌道的設計理論與力學性能研究【2008】

內容簡介

　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：北京交通大學　　學位年度： 2008年　　板式無碴軌道以其穩(wěn)定性好、耐久性強和少維修等特點在國內外得到了廣泛應用。軌道板是板式無碴軌道的重要組成部分，一般采用鋼筋混凝土結構，由于普通混凝土的力學性能較差，鋼筋容易銹蝕等缺陷，影響了無碴軌道的發(fā)展?；钚苑坌g混凝土(Reactive Powder Concrete，簡稱RPC)是一種新型混凝土材料，與普通混凝土相比，具有超高強度、高韌性、高耐久性等特點，尤其是其良好的抗拉性能，可以使結構在不配置鋼筋條件下滿足相同的使用要求。將RPC材料應用于板式軌道，必然可以彌補普通混凝土板式軌道的不足，改善板式無碴軌道結構的性能。基于以上原因，本文對RPC板式軌道的設計理論與力學性能進行了細致深入的研究，主要的研究工作如下：　　(1)基于RPC的優(yōu)越性，并考慮普通混凝土實體型軌道板的受力特點，結合國內外軌道板的設計型式，提出了RPC實體型、格構型和框架型等軌道板的初步設計方案。采用ANSYS全結構仿真分析技術，建立了不同類型板式軌道結構的三維有限元模型。通過對其力學性能、經(jīng)濟性能、工藝性能等方面的對比分析，提出RPC板式軌道結構的最優(yōu)型式為變厚度的框架型板式軌道結構?！　?2)由于RPC具有較高的抗拉強度和彈性模量，基于強度和剛度準則的設計原則不再適合于RPC板式軌道結構。針對RPC板式軌道結構，提出了其設計應在滿足強度和剛度的前提下，充分考慮結構的彈性性能。并進一步對RPC板式軌道的設計參數(shù)進行了詳細的分析，確定了RPC變厚度框架型軌道板的設計尺寸，給出了其它設計參數(shù)的建議值?！　?3)框架型軌道板的應力在寬度方向分布不均勻，據(jù)此在軌道板中引入了有效工作寬度的概念，并提出在采用彈性地基梁理論時，梁的寬度應取軌道板的有效工作寬度而不是實際寬度。根據(jù)軌道板的結構特點和受力特點，提出了RPC變厚度框架型軌道板的計算模型為彈性地基框架梁模型，同時基于靜力平衡和變形協(xié)調條件，給出了RPC框架型軌道板的計算方法?！　?4)根據(jù)RPC的材料特性以及RPC構件的破壞特征，詳細分析了RPC軌道板的破壞過程及其各階段的應力特征，確定了RPC軌道板的破壞模式只能為受拉破壞，給出了破壞時的應力分飾圖和簡化應力計算圖，提出RPC軌道板按極限狀態(tài)法進行設計和計算的方法?！　?5)提出RPC板式軌道結構的計算模型為多層彈性地基梁模型。根據(jù)RPC框架型軌道板的彈性地基框架梁理論，可以將結構分解為縱向和橫向兩部分單獨進　　行計算。建立了適用于RPC板式軌道的設計理論和計算方法，并利用Fourier變換得到了RPC框架型板式軌道結構動力學方程的解析解，對傳統(tǒng)的計算方法和求解方法進行了改進與修正?！　?6)采用有限元法研究了橋上RPC板式軌道的動力性能。視板式軌道、橋梁、移動荷載為一系統(tǒng)，運用彈性系統(tǒng)動力學總勢能不變值原理和“對號入座”法則，建立了系統(tǒng)的振動方程組，通過自編程序研究了系統(tǒng)的動力性能，結果表明：與普通板式軌道結構相比，RPC框架型板式軌道在動力性能方面具有明顯的優(yōu)越性?！　?

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