臺灣博碩士論文加值系統

　　台灣的島嶼呈現狹長的形狀，台灣高鐵路線貫穿西半部地區。沿線地形起伏多變，為了因應地形變化，軌道結構型態以高架為主，部分為路工路段以及隧道路段。在路面基礎鋪設軌道之路段稱為路工段。在高架橋與路工段的交界處由於軌道結構類型及軌道基礎特性改變，稱為過渡路段。同樣的，在路工段與隧道口的交界處也是一個過渡路段。當列車通過過渡路段時由於軌道結構型態與基礎勁度改變，將引起較大的動態反應為本文的研究重點。
　　本文研究重點在於藉由LS-DYNA有限元素分析軟體分析台灣高鐵隧道洞口處在10公尺內經過高架、路工與隧道三種路段之過渡段軌道結構在高速列車通過時，列車與軌道結構振動的動態反應。
　　本文先分析台灣高鐵700T型列車之車廂通過過渡路段時，在高架橋路段、路工段與隧道路段的軌道結構反應情形。從各檢核點的位移、速度、加速度之時間歷時圖對照列車行經之結構位置作討論。根據檢核點的各種動態反應，分別考慮當軌道在路工段與隧道段交界處有拱起，以及路工段的路盤混凝土底部與路基結構不完全接合之狀況。最後再探討當行經過渡路段時，列車本身起伏的振動反應。結果顯示兩種狀況對於軌道結構振動量皆有影響，交界處之拱起對於列車通過時引車體動態反應影響較顯著，路盤混凝土底部之不完全接合對於軌道結構振動影響較顯著。

　　Taiwan High Speed Rail passes through the west side of Taiwan. In other to match up varied elevation of landforms, most of the rail structure are layed on viaduct, some of them are layed on tunnel or on land. The track structure between two type sections is called a transitional section, e.g., tunnel and land, or land and bridge. This thesis focuses on the dynamic response of transitional section induce by high speed passing train.
　　In this thesis, the transient dynamic finite element method code – LS-DYNA was used to analyze the dynamic response of track structure on different type of rail section induced by single moving carriage.
　　First, we simulate single carriage passing the bridge-land transitional section and land-tunnel transitional section, and observe the displacement, velocity, acceleration response of check points on different position of rail structure. Base on the dynamic response, we discuss the effect by two conditions - uneven rail track, and imperfect connection between concrete bed of track and foundation. Finally, we observe dynamic response of carriage traveling through transitional section. The result show that both conditions will cause dynamic response of structure in transitional section while the train is passing by. Imperfect connection between concrete bed of track and foundation cause significant effect on rail track structures. The effect on dynamic response of carriage cause by uneven rail track is noticeable.

致謝 I
摘要 III
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XIV
符號表 XV
第一章 導論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 1
1.3 文獻回顧 2
第二章　動態分析理論介紹 5
2.1 結構動態特性簡介 5
2.2暫態分析理論 10
2.3 LS-DYNA RAIL功能介紹 12
2.3.1 LS-DYNA Rail 有限元素模型之建立 12
2.3.2 鋼軌不平整之動態反應修正方式 12
第三章　有限元素模型驗證與比較 15
3.1 簡支樑有限元素模型 15
3.2 移動外力 16
3.3 比較文獻數值與計算結果 19
3.4 不同負載對振動反應之影響 22
3.5 軌道垂向不平整之影響 23
第四章 軌道系統與有限元素模型介紹 25
4.1 軌道結構系統介紹 26
4.1.1 版式軌道介紹 26
4.1.2 高架橋結構 28
4.1.3 過渡路段與隧道路段結構 31
4.2 有限元素分析模型 32
4.2.1列車模型介紹 32
4.2.2 軌道結構介紹 35
4.2.3 高架橋模型 37
4.2.4 路工段與隧道段路基模型 37
4.2.5 邊界條件與界面條件 37
第五章 列車與軌道結構模態分析 41
5.1 列車模型模態分析 41
5.2 高架橋模型模態分析 49
第六章 軌道結構動態反應分析 59
6.1 理想平整軌道分析 61
6.2 非理想軌道分析 72
6.3 列車動態反應分析 85
6.3.1 列車行駛於理想平整軌道的反應 86
6.3.2 列車行駛於非理想軌道的反應 89
第七章 結語與展望 97
7.1 結論 97
7.2 未來展望 99
參考文獻 101

[1]Timoshenki S., Young D.H. and Weaver W.Jr, Vibration Problem Problems in Engineering, 4th ed., Wiley, New York
[2]Chen Y.H., ”Generalized dynamic-stiffness matrix of a Timoshenko beam for transverse vibration”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol.15,1987, pp.391-402.
[3]Wu J.S. and Dai C.W., “Dynamic response of multi-span non-uniform beam due to moving loads”, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol.113, No.3, 1987, pp.459-474.
[4]Yang Y.B. and Yau J.D. and Hsu L.C., “Vibration of simple beams due to trains moving at high speeds”, Engineering Structures, Vol.19, No.11,1997, pp.936-944.
[5]Akin J.E. and Mofid M., “Numerical solution for response of beams with moving mass”, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol.115, No.1,1989, pp.120-131.
[6]許琳青, “橋樑於高速列車作用下之衝擊反應”,國立台灣大學土木工程學研究所碩士論文, 1996, 楊永斌 教授指導.
[7]Genin J. and Chung Y.I., “Response of a continuous guideway on equally spaced supports traversed by a moving vehicle”, Journal of Sound and Vibration, Vol.67, No.2,1979, pp.245-251.
[8]施光夏, “過渡段軌道之動態反應’’, 國立台灣大學工程科學與海洋工程研究所碩士論文,2004
[9]張昀青,劉維寧,張玉娥,牛潤名, “軌道結構參數對隧道地面點動力影響的影響分析’’, 2006
[10]許維倫, “高鐵列車行經高架橋樑時支列車成做舒適度分析’’,2007
[11]左景奇,姜其斌,傅代正, “板式軌道彈性墊層CA砂漿的研究’’, 2005
[12]李文峰, “高速列車輪/軌互制行為之動態分析及驗證’’,2007
[13]Luo,Y., Yin,H., and Hua,C., “The dynamic response of railway ballast to the action of trains moving at different speeds,’’ Proc. Of the Inst. Of Mech. Engineers-E-J. of Rail and Rapid Transit, 1996,210,95-101.
[14]吳坤枰, ’’高速列車行經道岔結構之動態反應分析’’,國立台灣大學工程科學與海洋工程研究所碩士論文,2010
[15]Yang.Y.B, Yau,J.D., Wu, Y.S., “Vehicle-Bridge Interaction Dynamic With Applications to High-Speed Railways’’,pp.175-179. River Edge, NJ : World Scientific, 2004
[16]林家慶, “高鐵列車對於軌道橋樑的衝擊’’,國立台灣大學工程科學及海洋工程研究所碩士論文,2002