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論文中文名稱:鐵路橋梁道岔區域車橋軌互制效應之研究 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Research on Vehicle-Bridge-Track Interaction Effect for Turnout Zone of Railway Bridge [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木與防災研究所
畢業學年度:98
出版年度:99
中文姓名:羅震一
英文姓名:Chen-Yi Lo
研究生學號:97428013
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2010-06-21
論文頁數:146
指導教授中文名:宋裕祺
指導教授英文名:Yu-Chi Sung
口試委員中文名:蔡益超;張國鎮;張荻薇
中文關鍵詞:鐵路橋梁道岔區域移動載重有限元素法尖軌岔心
英文關鍵詞:Railway BridgeTurnout ZoneMoving LoadFEMSwitch RailFrog
論文中文摘要:由於國內對於移動載重通過道岔區結構之研究較為缺乏,因此實有必要對此問題做深入的探討。本文旨在探討既有鐵路橋梁之道岔區域結構系統互制行為,由於理論解析的方式在實際橋梁的應用上有很大的限制,故以數值模擬來研究鐵路橋梁於不同溫度與列車通過軌道道岔區域時,列車-橋梁-軌道間之互制效應行為。
文中透過有限元素分析軟體Midas Civil進行分析,首先以論例的解析解驗證分析軟體的準確性,然後再以一實際案例作為驗證此軟體所建立模型之正確性,最後本研究核心為針對鐵路橋梁道岔區域受等速移動列車載重作用時,採用數值模擬的方式求得軌道道岔區域的動態反應,並探討因溫度變化而產生熱漲冷縮造成軌道挫屈或斷裂之影響。
此外,以往對軌道結構分析多以二維梁元素為主,實無法反映出三維動態特性結果,故本文利用有限元素分析軟體建立橋梁、道岔區軌道兩者間結構力學互制三維分析模型,進行移動載重於橋梁與道岔區軌道兩者間三維動力互制的數值模擬分析技術,目的在於建立一有效之模擬分析工具及方法並應用在實際的工程問題上。
論文英文摘要:This thesis aims at studying the interaction between train, rail and bridge structure, particularly for the railway bridges with the turnout zone. Since the theoretical analysis is unavailable to such kind of complicated problem, the finite element method (FEM) as numerical analysis is taken into account as tool for solution.
The commercial FEM software of MIDAS-CIVIL is adopted and the results obtained from the conventional problem related to a simply supported beam subjected to moving loads are investigated by those of the theoretical analysis in advance. Sequentially, the data of structural responses given by a monitoring system on a real railway-viaduct serves as the data-base for the investigation of the FEM model.
A complicated three-dimensional (3D) FEM model consisting of rail in turnout zone, sleeper, fastener, bridge deck, bridge girder and piers is established to consider the multiple interactions between various components of the railway bridge subjected to different kinds of moving train. The results obtained in this thesis could benefit the engineers a better understanding of the structural behavior concerned.
論文目次:目 錄

中文摘要...................................................i
英文摘要..................................................ii
誌 謝....................................................iii
目 錄......................................................v
表目錄.....................................................x
圖目錄...................................................xii
第一章 緒論................................................1
1.1 前言...................................................1
1.2 研究動機與目的.........................................1
1.3 研究方法與內容.........................................2
1.4 論文組織與架構.........................................3
第二章 文獻回顧............................................6
2.1 前言...................................................6
2.2 移動載重之相關文獻.....................................7
2.3 車輛-橋梁與列車-軌道互制之相關文獻...................8
2.4 列車-橋梁-軌道互制之相關文獻........................10
2.5 小結..................................................12
第三章 基本理論與探討.....................................13
3.1 前言..................................................13
3.2 有限元素基本理論......................................14
3.2.1 FEM之基本原理.......................................15
3.2.2 有限元素分析方法....................................16
3.3 FEM分析的必要性與目的.................................17
3.4 FEM在鐵路橋梁分析模式的建立...........................17
3.4.1 FEM分析模式的建立...................................17
3.4.2 邊界條件的設定......................................18
3.4.3 載重施加的設定......................................18
3.4.4 元素分割要點........................................18
3.4.5 塊體切割的要點......................................19
3.5 Midas Fx+與Midas Civil之簡介..........................20
3.6 移動載重基本理論......................................20
3.7 橋梁結構動力歷時分析..................................28
3.7.1 直接積分法(Direct Integration method)簡要說明.....28
3.7.1.1 Newmark-β直接積分法..............................29
3.7.1.2 Wilson-θ直接積分法...............................31
3.7.2 振態疊加法(Modal Superposition method)簡要說明....31
3.8 論例分析與探討........................................32
3.8.1 Bernoulli-Euler簡支梁受單一移動車輛載重之分析.......32
3.8.2 衝擊載重模擬........................................32
3.8.3 橋梁基本簡化條件....................................33
3.8.4 例題分析與驗證......................................33
3.8.5 單一移動車輛載重之動態分析結果......................34
3.8.5.1 單一移動車輛載重之中點動態歷時變位比較............34
3.8.5.2 單一移動車輛載重之中點動態變位比較................47
3.8.5.3 三維中點動態反應..................................49
3.8.6 小結................................................50
第四章 案例分析與驗證.....................................52
4.1 前言..................................................52
4.2 汐止鐵路高架段軌道監測案例說明........................53
4.3 監測案例說明與簡介....................................53
4.4 汐止鐵路高架段結構基本介紹............................54
4.4.1 橋梁結構之基本介紹..................................54
4.4.2 軌道及軌枕之分析模型................................57
4.5 Midas Fx+有限元素三維分析模型之建立...................58
4.6 彈性材配置與相關參數設定..............................61
4.6.1 彈簧參數模擬設定....................................62
4.6.2 支承邊界條件模擬設定................................63
4.7 監測與驗證項目........................................64
4.7.1 監測位置與分析比對範圍..............................66
4.8 監測資料與分析結果比對................................69
4.8.1 小結................................................72
第五章 橋梁道岔區軌道結構互制分析.........................73
5.1 前言..................................................73
5.2 有限元素軌道力學分析..................................75
5.3 橋梁-軌道互制效應分析................................75
5.4 軌道道岔結構簡介......................................75
5.4.1 道岔問題............................................76
5.4.2 道岔位置避開橋梁伸縮縫..............................77
5.4.3 標準道岔規範........................................77
5.5 橋梁與軌道型式基本介紹................................78
5.6 橋墩支承型式與配置....................................81
5.7 有限元素建模軟體Midas Fx+之三維模型建立...............85
5.8 Midas Fx+之模型網格化.................................86
5.8.1 有限元素切割........................................87
5.8.2 元素種類的選取及使用................................87
5.9 橋梁道岔區互制效應之分析參數..........................91
5.9.1 彈簧參數設定........................................91
5.9.2 支承邊界條件模擬設定................................92
5.9.3 外力條件設定........................................94
5.9.3.1 作用於軌道上之載重說明............................95
5.9.4 移動載重模擬方式....................................96
5.10列車引致橋梁與軌道動態反應分析........................99
5.10.1尖軌位置與橋墩伸縮縫距離3m之分析結果................99
5.10.1.1 各橋跨與軌道中點於動態垂直力下之變位歷時反應.....99
5.10.1.2 道岔型式一於動態垂直力下之變位歷時反應..........103
5.10.1.3 尖軌與道岔型式一於動態煞車力下之變位歷時反應....105
5.10.2 尖軌位置與橋墩伸縮縫距離7m之分析結果..............106
5.10.2.1 各橋跨與軌道中點於動態垂直力下之變位歷時反應....106
5.10.2.2 道岔型式一於動態垂直力下之變位歷時反應..........110
5.10.2.3 尖軌與道岔型式一於動態煞車力下之變位歷時反應....112
5.11 檢核項目............................................113
5.11.1 無道碴軌道長焊鋼軌的安全檢核......................113
5.11.1.1 長焊鋼軌的檢核結果..............................114
5.11.2 橋梁檢核項目......................................124
5.11.2.1 探討橋梁於不同載重組合下之反力..................124
5.11.2.2 探討橋梁於不同載重組合下之撓角..................132
5.11.3 不同尖軌於溫度與車速變化下之包絡線比較............134
5.12 小結................................................139
第六章 結論與建議........................................140
6.1 結論.................................................140
6.2 建議.................................................141
參考文獻.................................................142
論文參考文獻:參考文獻

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論文全文使用權限:同意授權於2018-01-03起公開