盾构隧道无轨枕整体道床计算方法及其结构形式研究

摘要

道床板作为轨道结构承载层，其厚度是保证其在列车荷载作用下有足够强度、稳定性和抗裂性能的重要设计参数。相对于轨枕式道床，无枕式整体道床道床板直接承受由钢轨传递的动荷载，受力模式发生改变。因此，必须从整体道床和管片强度和功能要求出发，对无轨枕整体道床的受力模式及计算方法进行研究，获取其最小厚度、合理结构形式及相应的工程措施。 基于弹性地基梁理论，结合管片等效刚度理论，建立弹性地基叠合梁分析模型及微分方程，对垂向荷载作用下整体道床内力进行分析。基于假定破裂面，提出横向力作用下整体道床局部抗冲切计算方法。基于破坏棱锥理论，提出整体道床上拔力作用计算方法。 采用有限元法对不同厚度条件下整体道床垂向轮轨力、横向力、上拔力作用进行分析，以强度作为控制指标对比得出道床控制厚度。 利用现有车辆-轨道耦合动力学理论，获取列车动荷载。利用有限元方法对列车动载荷作用下整体道床及管片的应力分布进行分析，通过建立疲劳方程，对道床高应力区疲劳及损伤进行分析，对孔区混凝土寿命进行分析。 采用有限元法计算隧道不均匀沉降条件下整体道床在列车载荷作用下的应力分布，获取其厚度要求。对不同结构缝间距设置条件下道床板内力进行三维有限元分析，得出合理的结构缝设置间距。对比计算中心水沟和侧水沟式整体道床内力分布，从受力角度获取合理断面形式。基于对螺栓孔区道床应力分析，对整体道床合理加强措施进行分析。 结论认为，动载疲劳对道床厚度起控制作用，改善基底条件控制隧道不均匀沉降是控制道床变形的有利手段。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1概述

1.2国内外研究及发展现状

1.2.1整体道床结构型式

1.2.2整体道床设计计算方法

1.2.3整体道床构造要求

1.3本文主要研究内容

第2章无轨枕整体道床计算方法及内力计算

2.1无轨枕整体道床计算内容和计算基本假定

2.1.1作用载荷及计算范围

2.1.2计算基本假定与前提

2.2道床垂向荷载作用计算

2.2.1整体道床纵向计算

2.2.2整体道床横向计算

2.2.3列车垂向计算载荷

2.2.4道床板内力计算结果

2.3横向力作用计算

2.3.1横向作用力

2.3.2抗剪承载能力计算方法

2.3.3计算结果

2.4上拔力作用下道床螺栓孔应力

2.4.1上拔力

2.4.2螺栓孔区上拔力作用计算方法

2.4.3计算结果

2.5小结

第3章整体道床有限元分析

3.1有限元方法及计算网格

3.1.1有限单元法

3.1.2单元类型及网格划分

3.2垂向荷载作用有限元分析

3.2.1计算网格及参数

3.2.2计算结果

3.2横向力作用有限元分析

3.2.1计算网格及参数

3.2.2计算结果

3.3上拔力作用下螺栓孔强度计算

3.3.1计算网格及参数

3.3.2计算结果

3.4小结

第4章道床及管片动力有限元及疲劳计算

4.1列车动荷载模拟

4.1.1轮轨耦合动力学模型

4.1.2轮轨接触

4.1.3轮轨不平顺

4.1.4车辆及轨道参数

4.1.5列车荷载计算模拟

4.2隧道-轨道结构动力学分析原理

4.2.1动力响应计算方法

4.2.2隧道-轨道体系动力有限元分析模型

4.2.3边界条件

4.2.4阻尼确定

4.3列车动载荷作用下道床强度及疲劳分析

4.3.1混凝士疲劳分析原理

4.3.2道床螺栓孔区应力时程

4.3.3道床疲劳强度及寿命

4.4管片附加应力

4.5小结

第5章整体道床合理结构形式分析

5.1不均匀沉降条件下道床及管片强度计算

5.1.1隧道不均匀沉降

5.1.2道床及管片弯曲应力

5.2整体道床伸缩缝间距分析

5.2.1计算参数

5.2.2结果分析

5.2.3间距建议值

5.3合理断面形式

5.4合理强化及改善措施

5.4.1螺栓孔区应力

5.4.2套管刚度对螺栓孔应力的影响

5.4.3补强措施

5.5小结

第6章结论

6.1研究成果

6.2进一步研究工作

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果