巴准重载铁路高路堤行车振动反应与长期沉降分析

摘要

铁路货物运输的重载化已成为当今世界铁路主要的发展趋势。重载铁路因具有效益好、运量大、效率高、能耗低等优势,在我国得到迅猛发展。目前,针对普通铁路路基行车振动反应基本规律与长期沉降预测的研究已做了较多工作,而对重载铁路路基行车振动反应与长期沉降问题尚缺乏足够深入的研究。为此,本文以巴准重载铁路高路堤路基典型断面为研究对象,选取 C75重载货车,采用有限元法与经验预测模型相结合的手段,分析了重载列车荷载作用下巴准铁路高路堤路基振动反应基本规律,据此预测了高路堤路基长期沉降的特征。主要研究内容如下:
　　首先,针对巴准重载铁路 DK97+454断面实际状况,建立了重载列车荷载作用下高路堤路基行车振动反应的动力有限元分析模型。模型中,将轨枕结构考虑为线性梁单元;轨下部分选择平面应变单元模拟;同时采用无限元方法模拟模型的横向及竖向人工边界,以消除波在人工边界的反射作用对体系振动反应造成的不利影响。路基土、地基均采用弹塑性 D-P本构模型模拟,轨枕及道床采用线弹性本构模型模拟,车-轨-路基动力耦合体系采用瑞利阻尼模型考虑体系的能量耗散效应。基于统一分析理论,采用已编写的车-轨-路基动力耦合系统的分析模型与计算程序,获得重载列车轨枕作用力的时程响应,作为模型的荷载的输入,利用显式积分算法求解体系的非线性动力方程,并将计算结果与实测资料对比,验证了建立数值模型的正确性。
　　接着,采用建立的数值模型,输入重载列车不同时速下对路基的动力时程响应作为模型的外部激励,进行高路堤振动反应的动压应力与竖向加速度分析,考察了列车速度、道床厚度和刚度、基床表层厚度和刚度对路基振动反应的影响。研究表明:运行速度会对高路堤路基振动反应加速度产生很大影响,道床层及基床表层厚度的增加可以有效地控制道床及基床表层以下结构的稳定性,而过大的道床刚度及基床表层刚度可能导致路基振动反应增大。
　　最后,将以上计算结果应用于模型的沉降预测公式,同时将高路堤路基分为道床层及路堤填方两部分,分别预测了道床层及路堤填方的长期沉降趋势,并通过振次与时间之间的换算关系,进一步评价了巴准重载铁路高路堤路基的年沉降量。研究显示,随着重载列车运行速度变快和道床变厚均能够增大路基的年沉降;道床刚度、路基表层刚度及路基表层厚度的增大均有助于降低路基的年沉降,并且相对与基床表层参数的影响,道床设计参数对路基的年沉降的影响更显著。

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第1章 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3主要研究内容与研究思路

第 2章 巴准重载铁路高路堤行车振动反应数值模拟途径

2.1引言

2.2典型巴准重载铁路高路堤路基概况

2.3 巴准重载铁路高路堤路基行车振动反应数值建模

2.4模型可靠性的验证

2.5本章小结

第 3章 巴准重载铁路高路堤行车振动反应影响因素分析

3.1引言

3.2高路堤路基行车振动反应基本规律

3.3道床设计参数对高路堤振动反应的影响

3.4基床表层设计参数对高路堤振动反应的影响

3.5本章小结

第4章 巴准重载铁路高路堤长期沉降预测

4.1引言

4.2高路堤路基长期沉降预测方法

4.3巴准重载铁路高路堤路基长期沉降计算结果

4.4本章小结

结论

参考文献

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