高速鐵路無(wú)砟軌道路基動(dòng)力特性及參數(shù)研究.pdf

1、中圖分類(lèi)號(hào)U D C博士學(xué)位論文學(xué)校代碼! Q 5 三3高速鐵路無(wú)砟軌道路基動(dòng)力特性及參數(shù)研究S t u d y o nd y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s a n d p a r a m e t e r s o fb a l l a s t l e s st r a c k - s u b g r a d e o f h i g h s p e e d r a i l w a y作者姓

2、名：學(xué)科專(zhuān)業(yè)： 研究方向：學(xué)院( 系、所) ：指導(dǎo)教師：王啟云土木工程路基動(dòng)力學(xué)土木工程學(xué)院張家生教授’論文答辯日期Z ! [ 三皇：! 矽 答辯委員會(huì)主中 南大學(xué)2 0 1 3 年9 月高速鐵路無(wú)砟軌道路基動(dòng)力特性及參數(shù)研究摘要：隨著高速鐵路的發(fā)展，無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)在我國(guó)應(yīng)用越來(lái)越普遍。但目前無(wú)砟軌道路基結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)大多借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)以及大型模擬試驗(yàn)結(jié)果，在高速列車(chē)荷載作用下路基的動(dòng)力特性及其影響參數(shù)的研究還遠(yuǎn)不夠。本文在總結(jié)和吸取前人研究的

3、基礎(chǔ)上，結(jié)合原鐵道部專(zhuān)項(xiàng)科研基金項(xiàng)目，采用理論分析、數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)對(duì)無(wú)砟軌道路基的動(dòng)力特性進(jìn)行了研究，采用大型動(dòng)三軸試驗(yàn)對(duì)高速鐵路路基粗粒土B 組填料的動(dòng)彈模和阻尼比進(jìn)行了研究，主要取得了以下成果：( 1 ) 將鋼軌和無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)視為E u l e r 梁，扣件和C A 砂漿視為有阻尼的彈簧，路基視為各向同性粘彈性半空間體，建立了無(wú)砟軌道一路基系統(tǒng)動(dòng)力分析模型。通過(guò)移動(dòng)坐標(biāo)和F o u r i e r 積分變換得到了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)在

4、波數(shù)域內(nèi)的積分表達(dá)式。利用自適應(yīng)數(shù)值積分算法和I F F T 算法對(duì)積分表達(dá)式進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，分析了列車(chē)荷載頻率、速度以及路基彈性模量對(duì)板式無(wú)砟軌道路基表面豎向位移的影響，結(jié)果表明當(dāng)速度小于2 0 0 k m ／h 時(shí)，路基表面的豎向動(dòng)位移主要發(fā)生在軌道結(jié)構(gòu)寬度范圍內(nèi)，且位移幅值隨頻率增加而減??；當(dāng)速度大于2 5 0 k m ／h 時(shí)，路基的表面的豎向位移振動(dòng)逐漸擴(kuò)大至軌道結(jié)構(gòu)范圍以外，且位移幅值隨頻率增加而增大。列車(chē)速度接近路基瑞利波

5、速時(shí)，路基表面豎向位移急劇增加。 ．( 2 ) 大型動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果表明動(dòng)應(yīng)變是影響粗粒土B 組填料動(dòng)彈模和阻尼比的最主要因素。當(dāng)動(dòng)應(yīng)變小于0 ．0 7 5 ％時(shí)，動(dòng)彈模隨動(dòng)應(yīng)變的增加而急劇減??；當(dāng)動(dòng)應(yīng)變大于O ．0 7 5 ％時(shí)，動(dòng)彈模隨動(dòng)應(yīng)變的增加而緩慢減小。當(dāng)動(dòng)應(yīng)變小于0 ．0 1 5 ％時(shí)，阻尼比隨動(dòng)應(yīng)變的增加而急劇增加；當(dāng)動(dòng)應(yīng)變大于0 ．0 1 5 ％時(shí)，阻尼比隨動(dòng)應(yīng)變的增加而緩慢增加并逐漸趨于穩(wěn)定。隨著固結(jié)圍壓或加載頻率的增加

6、，動(dòng)彈模和阻尼比均增大。隨著振動(dòng)次數(shù)的增加，動(dòng)彈模減小，且應(yīng)力水平越高衰減越快。( 3 ) 利用無(wú)砟軌道一路基系統(tǒng)的三維有限元模型研究了路基動(dòng)力特性的時(shí)空分布規(guī)律，分析了軌道結(jié)構(gòu)型式、材料特性、列車(chē)速度、軸重、軌道不平順等因素對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力特性的影響，并在此基礎(chǔ)上對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。此外，利用有限元模型探討了路基局部( 長(zhǎng)寬高約為1 ．3 m x l ．6 mx 0 ．6 m ) 填料不密實(shí)、不均勻沉降等路基病害對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力特性的影響，分析