路基不均匀沉降对CRTSⅢ型板式无砟轨道力学特性的影响

摘要

路基是高速铁路无砟轨道的基础，也是铁路线路工程中较为薄弱的环节。随着高速铁路的飞速发展，路基结构的沉降变形等问题，越来越受到工程界的广泛关注。路基发生不均匀沉降时，会导致轨道结构平顺性降低，甚至引起轨道破坏，对行车安全性和运行平稳性带来影响，所以研究路基发生沉降变形时，无砟轨道的受力和变形特性是很有必要的。
　　在总结了常见无砟轨道、路基沉降的控制标准以及国内外路基沉降的研究方法和成果的基础上，采用有限元方法建立了CRTSⅢ型板式无砟轨道梁-体有限元空间模型，基于车辆-轨道耦合动力学理论，建立了车辆-无砟轨道垂向耦合动力学模型，获得作用于轨道结构上的激振力，对路基沉降引起的无砟轨道力学性能进行了研究。
　　首先，利用CRTSⅢ型板式轨道有限元模型，分析了轨道自重和典型路基沉降作用下无砟轨道的受力和变形特性，对比了不同路基沉降波长和幅值对无砟轨道静力学特性的影响规律。结果表明:路基发生余弦型不均匀沉降时，路基以上各层结构会在自重作用下发生跟随性变形，变形曲线和路基沉降曲线的形状相似，并最终反映为轨面几何不平顺，影响无砟轨道的平顺性，而且对轨道结构受力有较大的影响。无砟轨道的受力和变形受沉降波长和幅值的综合影响，沉降幅值较大会导致轨道结构脱空;沉降波长在20～25m时轨道结构的受力较大，应该引起重视。
　　其次，研究了典型路基沉降作用下轨道结构参数变化对无砟轨道力学特性的影响。研究发现，无砟轨道跟随性变形随着轨道结构厚度的增大而减小，各结构层的应力也会受到一定的影响。自密实混凝土弹性模量的折减对轨道受力和变形影响较小，但长期服役作用下混凝土弹性模量折减率的增大对路基沉降下无砟轨道的变形和受力有较大影响。
　　最后，利用车辆-轨道垂向耦合动力学模型获得轮轨间作用力，作为无砟轨道的激振力，分析了路基不均匀沉降对轨道动力学特性的影响，对比了轨道振动特性随行车速度、沉降波长和幅值的变化规律。研究结果表明，路基沉降对无砟轨道动力学影响很大，沉降最大值位置处的轨道振动位移、加速度和应力比其他位置大得多。行车速度越大，对轨道结构振动特性的影响越大。路基沉降波长和幅值对无砟轨道动力学响应都有影响;沉降幅值增大时，轨道结构会出现脱空，车辆载荷引起的轨道结构动位移明显加大，钢轨和轨道板的最大加速度出现先增大后减小的趋势。随着沉降波长的增大，钢轨和轨道板的最大变形量随着增大，并最终与沉降幅值保持一致。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外无砟轨道的发展现状

1．2．1 日本无砟轨道

1．2．2 德国无砟轨道

1．2．3 其他国家的无砟轨道

1．2．4 我国无砟轨道的发展

1．3 路基不均匀沉降及其研究现状

1．3．1 路基不均匀沉降形成的原因

1．3．2 路基不均匀沉降的控制标准

1．3．3 路基不均匀沉降的研究现状

1．4 本论文的研究内容

第2章 路基上无砟轨道力学模型

2．1 关于路基上无砟轨道建模的讨论

2．1．1 弹性地基叠合梁模型

2．1．2 弹性地基梁-板模型

2．1．3 弹性地基梁-体模型

2．2 CRTS Ⅲ型板式无砟轨道有限元模型的建立

2．2．1 CRTS Ⅲ型板式无砟轨道简介

2．2．2 CRTS Ⅲ型板式无砟轨道有限元模型

2．2．3 路基不均匀沉降模型

2．3 本章小结

第3章 路基不均匀沉降对CRTS Ⅲ型板式轨道静力学特性的影响

3．1 典型路基不均匀沉降对板式轨道静力学性能的影响

3．2 沉降幅值对板式轨道静力学特性的影响

3．2．1 沉降幅值对轨道结构变形的影响

3．2．2 沉降幅值对轨道结构受力的影响

3．2．3 沉降幅值对轨道结构层间接触特性的影响

3．3 沉降波长对板式轨道静力学特性的影响

3．3．1 沉降波长对轨道结构变形的影响

3．3．2 沉降波长对轨道结构受力的影响

3．3．3 沉降波长对轨道结构层间接触特性的影响

3．4 沉降幅值和波长对板式轨道静力学特性的综合影响

3．5 本章小结

第4章 轨道结构参数对路基沉降下CRTS Ⅲ型板式轨道静力学特性的影响

4．1 轨道结构厚度对板式轨道受力和变形的影响

4．1．1 轨道板厚度的影响

4．1．2 自密实混凝土调整层厚度的影响

4．1．3 底座板厚度的影响

4．2 无砟轨道弹性模量对板式轨道受力和变形的影响

4．2．1 自密实混凝土弹性模量折减的影响

4．2．2 混凝土弹性模量降低的影响

4．3 本章小结

第5章 路基不均匀沉降对CRTS Ⅲ型板式轨道动力学性能的影响

5．1 CRTS Ⅲ型板式轨道动力学分析模型及其参数的选取

5．1．1 模型阻尼系数设定

5．1．2 移动荷载的模拟

5．2 典型路基不均匀沉降的影响

5．3 行车速度的影响

5．4 沉降幅值的影响

5．5 沉降波长的影响

5．6 本章小结

结论与展望

1 本文的主要研究结论

2 进一步的研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加科研项目情况