客货共线CRTSⅢ型板式无砟轨道缓冲层合理刚度研究

摘要

客货共线铁路一般采用有砟轨道，仅在长大隧道地段为减小养护维修工作量才使用无砟轨道，迄今国际上还没有将无砟轨道应用到整条客货共线铁路的成功经验。为减小有砟轨道在高速度、高密度铁路运输中的凸显问题，货运无砟轨道的研发已成为国内外的一个重要发展方向。
　　本文针对我国高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道，对其结构进行改进，在自密实混凝土和底座板间将既有隔离层改进为4～8mm厚的缓冲层，用以吸收上部结构的变形和振动，起到缓冲、隔离作用并提供一定弹性。另外，适当增加扣件刚度、轨道板和底座板厚度以提高轨道结构的承载力，最终形成适应于轴重较轻的货运与进行高速客运的无砟轨道。
　　首先，根据客货共线Ⅲ型板式轨道的结构组成，利用有限元方法建立了三维实体模型，采用瞬态动力方法进行了轨道结构变形与受力分析，结果表明:采用缓冲层的客货共线Ⅲ型板式轨道，可有效减小货车作用下的扣件变形和底座板垂向受力，缓解自密实混凝土与底座板间的动力作用，可较好地保护扣件、自密实混凝土和底座板;建议客货共线Ⅲ型板式轨道的扣件刚度取为60kN/mm，缓冲层面刚度范围取300～400MPa/m;通过与有砟轨道对比，说明客货共线Ⅲ型板式轨道缓冲层的作用与有砟轨道结构中的道床类似，为无砟轨道提供合理的弹性。
　　其次，考虑列车荷载、温度梯度、路基不均匀沉降等因素的影响，对客货共线Ⅲ型板式轨道进行结构受力分析，结果表明:轨道各部件受力满足强度要求，客车荷载作用下轨道板、自密实混凝土的拉压应力稍大，但相差不大;利用碰撞模拟层间拍打作用，设置缓冲层缓解了离缝情况下，拍打作用对轨道结构层间造成的冲击作用，有效地减小了层间接触力。
　　最后，运用车辆-轨道系统动力学，建立了车辆-客货共线Ⅲ型板式轨道垂向耦合模型，研究了缓冲层面刚度和扣件剐度对客货共线无砟轨道结构受力的影响，得到以下结论:客货共线无砟轨道在路隧连接处通过路基过渡的方式可有效实现路隧连接处刚度均匀过渡，满足轨道平顺性和行车平稳性要求;建议采用四块轨道板长度且路基基础面刚度分别为300、500、750、1000MPa/m的路基分级过渡方式。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外客货共线无砟轨道研究及应用现状

1．2．1 美国客货共线无砟轨道

1．2．2 南非客货共线无砟轨道

1．2．3 加拿大客货共线无砟轨道

1．2．4 其它国家客货共线无砟轨道

1．2．5 国内客货共线无砟轨道

1．3 客货共线CRTSⅢ型板式无砟轨道

1．4 本文研究内容及思路

1．4．1 本文主要研究内容

1．4．2 本文研究思路

第2章 客货共线CRTSⅢ型板轨道缓冲层刚度研究

2．1 计算荷载形式

2．2 计算模型及结构参数

2．3 缓冲层刚度确定

2．3．1 缓冲层刚度对扣件受力和变形的影响

2．3．2 缓冲层刚度对缓冲层压缩变形及压应力影晌

2．3．3 轨道结构变形分析

2．4 有砟、无砟轨道钢轨位移对比

本章小节

第3章 客货共线CRTSⅢ型板轨道结构受力分析

3．1 列车荷载作用下轨道结构受力分析

3．2 列车荷载和常用温度梯度作用下轨道结构受力分析

3．3 列车荷载、常用温度梯度和路基不均匀沉降下轨道结构受力分析

3．4 缓冲层对自密实混凝土与底座板间拍打作用的影响分析

本章小节

第4章 客货共线CRTSⅢ型板轨道动力学分析

4．1 计算模型及参数

4．2 动力学分析

4．2．1 缓冲层面刚度对轨道结构的动力影响

4．2．2 扣件刚度对轨道结构的动力影响

4．3 路隧过渡段动力学分析

4．3．1 缓冲层过渡

4．3．2 路基过渡

本章小节

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文