高速鐵路非平順無(wú)砟軌道動(dòng)力響應(yīng)研究.pdf

1、板式軌道由于具有整體性好、縱向和橫向穩(wěn)定性高以及可以提高乘客舒適度等優(yōu)點(diǎn)在高速鐵路中得到廣泛應(yīng)用，但是隨著列車速度的提高，軌道和路基結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)設(shè)施的異變（輪軌接觸的不平順、線路的差異沉降、地下水位的變化等）會(huì)引起更大的列車、軌道結(jié)構(gòu)和路基結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，影響乘客舒適度甚至危及列車運(yùn)行安全，同時(shí)也帶來(lái)線路周邊的環(huán)境振動(dòng)問(wèn)題。關(guān)于列車-軌道-路基系統(tǒng)在高速運(yùn)行環(huán)境下的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究是涉及高速鐵路規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)的重要課題，具有深遠(yuǎn)的理論和實(shí)

2、際意義。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴建立并驗(yàn)證了列車-板式軌道-路基垂向耦合動(dòng)力學(xué)數(shù)值模型，詳細(xì)分析了軌道不平順對(duì)車軌耦合振動(dòng)的影響，闡明了目前常用高速鐵路軌道譜的局限性以及建立適合我國(guó)不同線路條件下高速鐵路軌道譜的迫切性;通過(guò)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的參數(shù)化分析，驗(yàn)證了我國(guó)高速鐵路規(guī)范對(duì)扣件剛度和間距的建議值是可靠的，軌道板與混凝土底座的分布質(zhì)量和CA砂漿剛度等參數(shù)在所定范圍內(nèi)取值時(shí)對(duì)系統(tǒng)的振動(dòng)影響不明顯，路基分布剛度適宜取值范圍是3×108

3、N/m2～6×108 N/m2。
　?、圃谏鲜鲕?軌-路垂向耦合模型的基礎(chǔ)上引入典型的差異沉降模式，對(duì)不同列車運(yùn)行速度下的輪軌接觸力和車體加速度響應(yīng)進(jìn)行分析，以滿足乘客舒適度指標(biāo)和輪重減載率指標(biāo)為準(zhǔn)則，得出了列車不同運(yùn)行速度下的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，檢核了我國(guó)高速鐵路沉降控制標(biāo)準(zhǔn)(20m/15mm);通過(guò)周期圖法給出了路基發(fā)生典型差異沉降后的高速鐵路軌道譜，證明了考慮長(zhǎng)波不平順的必要性。
　　⑶針對(duì)軌道和路基結(jié)構(gòu)振動(dòng)在橫斷面內(nèi)傳播媒

4、介的非均勻性以及在列車行進(jìn)方向傳播媒介的連續(xù)性，建立了2.5維軌道-路堤-地基系統(tǒng)有限元模型，重點(diǎn)分析了分層地基在荷載源移動(dòng)速度接近或者超過(guò)表層地基土體臨界速度時(shí)的馬赫效應(yīng)，解釋了線路周邊地基產(chǎn)生劇烈振動(dòng)并廣域傳播的現(xiàn)象;當(dāng)荷載源自身具有諧振特性時(shí)，即使移動(dòng)速度低于分層地基的臨界速度，地基中也可能存在類似的共振效應(yīng)。
　?、冉⒘巳瘸甙迨杰壍?路基物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢?shí)現(xiàn)了列車荷載的單點(diǎn)和多點(diǎn)異相位激振，試驗(yàn)結(jié)果表明:板式無(wú)砟軌道路基

5、系統(tǒng)的共振頻率在16Hz附近，隨著地下水位的升高，路基系統(tǒng)的共振頻率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，路基靜動(dòng)剛度都有不同程度的減弱，將顯著影響軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性和路基的變形特性;采用非水反應(yīng)高聚物注漿技術(shù)對(duì)無(wú)砟軌道路基沉陷進(jìn)行修復(fù)，可以明顯改善軌道-路基系統(tǒng)的動(dòng)力穩(wěn)定性和長(zhǎng)期變形性能。
　?、山⒘肆熊?板式軌道-路基系統(tǒng)三維有限元精細(xì)化模型，采用赫茲接觸模型模擬輪軌接觸，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜板式軌道和路基結(jié)構(gòu)在多種軌道譜下的動(dòng)力響應(yīng)分析，重點(diǎn)研究了高速列車

6、不同運(yùn)行速度和不同軌道譜對(duì)軌道和路基結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)列車在高速運(yùn)行情況下框架型板式軌道的軌道板表面應(yīng)變幅值較平板型板式軌道增大約35％～40％，埋入式鋼軌引起的環(huán)境振動(dòng)水平較平板型板式軌道減小3dB～5dB。
　　⑹通過(guò)理論分析、模型試驗(yàn)和多種數(shù)值模擬對(duì)高速列車-板式軌道-路基系統(tǒng)的動(dòng)力特性進(jìn)行了全面研究，在軌道不平順的組構(gòu)及其對(duì)軌道譜的影響、路基不均勻沉降限值標(biāo)準(zhǔn)、路基系統(tǒng)振動(dòng)的臨界速度、軌道板形式的優(yōu)化等方面取得了創(chuàng)新