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谈谈层状轨下基础弹性层状结构和计算策略

收藏本文 2024-01-22 点赞:19609 浏览:85155 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:我国传统铁路轨下基础结构由于缺乏系统的论述计算策略,在其设计上一直沿用基于实测数据校验的半经验法,该策略缺乏灵活性和针对性,然相比而言,我国公路路基路面结构却早已有了成熟的计算论述及相对较为改善的设计论述系统。随着当前我国铁路轨下基础结构的不断进展,尤其是高速铁路轨下基础结构及材料的不断丰富,使得铁路轨下基础结构与公路路基路面结构有着诸多相似之处。基于此,本论文参考典型公路路基路面结构计算论述——弹性层状系统论述,采取刚度矩阵法,重新推导了运用于铁路轨下基础结构的动、静力学论述计算策略,引入拉普拉斯变换以及二维傅里叶变换实现对计算论述模型的数值求解,并针对有砟轨道以及三种典型无砟轨道铁路,分别采取梁单元、弹性薄板单元以及弹簧单元等对铁路上部轨道结构各部件进行有限单元法模拟计算,运用以上推导的铁路轨下基础弹性层状结构计算策略建立起铁路系统整体结构动、静力学论述计算模型。在以上论述计算模型及相应求解策略推导的基础上,采取MATLAB数学工具软件平台编制计算程序,以而达到论述模型求解的电算实现,并针对有砟轨道铁路以及传统板式无砟轨道铁路等典型结构进行静力学实例浅析,分别采取本论文计算程序以及通用有限元计算程序进行计算比较,通过计算获得有砟轨道轨下基础最大竖向位移分别为1.50mmm以及1.95mm、最大竖向应力分别为0.34MPa以及0.21MPa,其计算结果差别较小;板式无砟轨道铁路轨下基础最大竖向位移分别为0.40mmm以及1.20mm、最大竖向应力分别为0.11MPa以及0.26MPa,其计算结果比较相对差别略大,然根据刚性板变形及其受力的特点考虑,本论文程序计算结果与实际刚性板受力状态更为接近。针对秦沈线典型试验工况,采取本论文计算策略获得轨下基础顶面最大竖向动应力以及竖向动位移分别为83.OkPa和0.58mmm,与相关参考文献中的现场测试结果以及计算结果差别较小,实例浅析结果验证了本论文提出的铁路轨下基础弹性层状结构计算策略的可靠性。最后,基于本论文推导的铁路轨下基础三维多层弹性层状系统论述计算策略,参考我国公路路基路面结构设计策略,在借鉴相关探讨成果的基础上,初步探讨了针对我国铁路轨下基础结构的设计策略、设计流程及其相关制约指标系统,设计示例探讨结果表明典型有砟轨道铁路轨下基础中基床表层及基床底层厚度分别为60cm及190cm时,道床层厚度大于20cm,即能满足设计指标及利用年限的要求,传统的有砟轨道铁路轨下基础道床层厚度是偏安全的,本论文提出的针对我国铁路轨下基础结构的设计策略及其设计指标系统具有一定工程运用的可行性。关键词:铁路论文轨下基础论文弹性层状系统论述论文计算策略论文运用探讨论文

    摘要6-7

    Abstract7-11

    第1章 绪论11-21

    1.1 引言11

    1.2 国内外探讨概况11-17

    1.2.1 国内外铁路进展概况11-12

    1.2.2 国内外铁路轨下基础的探讨概况12-14

    1.2.3 弹性层状系统论述的探讨概况14-17

    1.3 本论文探讨相关的数学知识17-20

    1.3.1 Fourier二维复指数积分变换与逆变换17-18

    1.3.2 Laplace积分变换与逆变换18

    1.3.3 脉冲函数定义及其性质18-19

    1.3.4 高斯型求积公式19-20

    1.4 本论文主要探讨内容与策略20-21

    第2章 轨下基础弹性层状结构静力学浅析论述与计算策略21-45

    2.1 概述21

    2.2 轨下基础弹性层状结构的静力学浅析论述21-26

    2.2.1 直角坐标系下三维多层弹性层状结构论述计算图示22

    2.2.2 计算检测定及边界条件22-23

    2.2.3 三维多层弹性层状结构静力学基本方程23-26

    2.3 轨下基础弹性层状结构静力学计算策略的推导26-43

    2.3.1 弹性层状结构静位移及应力二维傅里叶变换域的解答26-28

    2.3.2 静荷载作用下轨下基础弹性层状结构的传递矩阵推导28-33

    2.3.3 基于传递矩阵法的轨下基础静力学计算策略33-38

    2.3.4 静荷载作用下轨下基础弹性层状结构的刚度矩阵推导38-40

    2.3.5 基于刚度矩阵法的轨下基础静力学计算策略40-43

    2.4 本章小结43-45

    第3章 铁路系统整体结构静力学计算模型45-65

    3.1 有砟轨道铁路系统整体结构静力学计算模型45-52

    3.1.1 列车荷载简化45-46

    3.1.2 上部轨道结构刚度矩阵的构建46-49

    3.1.3 有砟轨道铁路系统整体结构的总刚度矩阵49-52

    3.1.4 有砟轨道铁路系统整体结构静力学不足求解52

    3.2 无砟轨道铁路系统整体结构静力学计算模型52-64

    3.2.1 传统板式无砟轨道上部轨道结构静力学计算模型52-58

    3.2.2 双块式无砟轨道上部轨道结构静力学计算模型58-60

    3.2.3 长枕埋入式无砟轨道上部轨道结构静力学计算模型60-64

    3.3 本章小结64-65

    第4章 轨下基础弹性层状结构动力学浅析论述与计算策略65-80

    4.1 概述65

    4.2 轨下基础弹性层状结构的动力学浅析论述65-68

    4.2.1 三维多层弹性层状结构动力学平衡方程65-66

    4.2.2 三维多层弹性层状系统的几何方程66-67

    4.2.3 三维多层弹性层状系统的物理方程67

    4.2.4 三维多层弹性层状系统的拉姆方程67-68

    4.3 轨下基础弹性层状结构动力学计算策略的推导68-79

    4.3.1 动力学拉姆方程的拉普拉斯积分变换68-69

    4.3.2 轨下基础弹性层状结构位移及应力的解答69-70

    4.3.3 动荷载作用下轨下基础弹性层状结构的传递矩阵推导70-75

    4.3.4 动荷载作用下轨下基础弹性层状结构的刚度矩阵推导75-77

    4.3.5 基于刚度矩阵法的轨下基础动力学计算策略77-79

    4.4 本章小结79-80

    第5章 铁路系统整体结构动力学计算模型80-90

    5.1 有砟轨道铁路系统整体结构动力学计算模型80-84

    5.1.1 列车荷载简化80

    5.1.2 上部轨道结构动力学刚度矩阵的构建80-82

    5.1.3 有砟轨道铁路系统整体结构动力学的总刚度矩阵82-84

    5.1.4 有砟轨道铁路系统整体结构动力学不足求解84

    5.2 无砟轨道铁路系统整体结构动力学计算模型84-88

    5.2.1 传统板式无砟轨道上部轨道结构动力学计算模型84-87

    5.2.2 双块式无砟轨道上部轨道结构动力学计算策略87-88

    5.2.3 长枕埋入式无砟轨道上部轨道结构动力学计算策略88

    5.3 本章小结88-90

    第6章 轨下基础弹性层状结构静力学算例浅析及验证90-118

    6.1 典型铁路结构静力学算例浅析90-99

    6.1.1 计算参数90-91

    6.1.2 计算历程及程序实现91-94

    6.1.3 计算结果及浅析94-99

    6.2 通用有限元程序计算及结果验证99-117

    6.2.1 有限元模型的建立99-100

    6.2.2 有限元计算结果浅析100-113

    6.2.3 计算结果比较113-117

    6.3 本章小结117-118

    第7章 轨下基础弹性层状结构动力学算例浅析及验证118-124

    7.1 典型铁路结构动力学算例浅析118-122

    7.1.1 计算模型参数118

    7.1.2 计算荷载118-119

    7.1.3 计算历程及程序实现119-120

    7.1.4 计算结果及浅析120-122

    7.2 计算结果的比较浅析及模型验证122

    7.3 本章小结122-124

    第8章 铁路轨下基础弹性层状结构设计策略探讨及其运用示例124-130

    8.1 轨下基础关键性设计制约指标探讨124-126

    8.1.1 轨下基础顶面弹性变形制约指标124-125

    8.1.2 轨下基础各层结构内部强度制约指标125-126

    8.2 轨下基础结构疲劳破坏浅析策略探讨126-127

    8.3 轨下基础弹性层状结构设计策略及流程127-128

    8.4 典型轨下基础弹性层状结构设计示例128-129

    8.5 本章小结129-130

    结论130-131

    致谢131-132

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