（道路與鐵道工程專業(yè)論文）路基變形及結(jié)構(gòu)適應(yīng)性研究.pdf

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 頁(yè) 摘要 隨著京滬高速鐵路 武廣 鄭西等客運(yùn)專線的開工 我國(guó)高速無碴軌道 進(jìn)入了全新的時(shí)期 為進(jìn)一步深入研究無碴軌道的工作機(jī)理 力學(xué)行為與設(shè) 計(jì)方法 我國(guó)決定修建了遂渝無碴軌道綜合實(shí)驗(yàn)段 正線全k 1 2 6 5 k m 為 國(guó)內(nèi)首段成段鋪設(shè)試驗(yàn)段 高速無碴軌道軌下基礎(chǔ)受力十分復(fù)雜 主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面 一是路基 土的強(qiáng)度疲勞失穩(wěn) 二是軌下基礎(chǔ)的變形疲勞失穩(wěn) 因此 無碴軌道路基的 變形控制成為分析的核心問題 而在以往的研究當(dāng)中 路基仍以強(qiáng)度控制為 主 對(duì)路基的變形未能有足夠的認(rèn)識(shí) 本文以鐵道部科技研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目2 0 0 5 k 0 0 4 一 g 遂渝線無碴軌道 綜合試驗(yàn)段關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)研究 遂渝線無碴軌道線下工程關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)研 究為依托 利用h k s 公司的非線性有限元軟件a b a q u s 建立三維有限元模型 采用現(xiàn)有的列車荷載模型 主要分析討論了列車荷載的不同速度 路基的 設(shè)計(jì)參數(shù)等對(duì)路基的振動(dòng)加速度 豎向動(dòng)位移 動(dòng)應(yīng)力等相關(guān)變形力學(xué)響應(yīng) 的影響 初步探討了路基變形及結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性 研究結(jié)果表明 基床表層動(dòng) 應(yīng)力隨其剛度的增大略有增大 豎向加速度及豎向動(dòng)位移隨其剛度的增大而 減小 地基剛度存在一臨界剛度值為8 0 m p a 當(dāng)剛度大于8 0 m p a 時(shí) 基床表 層動(dòng)應(yīng)力及豎向動(dòng)位移變化幅度變小 而豎向加速度則呈較快下降趨勢(shì) 各 力學(xué)響應(yīng)隨速度的提高呈一定規(guī)律的波動(dòng)趨勢(shì) 同時(shí)利用一種永久變形預(yù)測(cè) 模型 分析了路基的永久變形及差異沉降 結(jié)果表明 現(xiàn)有路基結(jié)構(gòu)能較好 滿足變形要求 關(guān)健詞 高速鐵路 無碴軌道 有限元 加速度 動(dòng)應(yīng)力 動(dòng)位移 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 1 頁(yè) a b s t r a c t a st h ep a s s e n g e rs p e c i a ll i n e ss t a r tu p s u c ha sb e i j i n g s h a n g h a ih i g h s p e e d r a i l w a y w u h a n g u a n g z h o uh i g h s p e e dr a i l w a y z h e n g z h o u x i a nh i g h s p e e d r a i l w a ya n ds oo n t h ec o n s t r u c t i o no fh i g h s p e e db a l l a s t l e s st r a c kc o m e st o a n e wp e r i o d i no r d e rt os t u d yf u r t h e ro nt h em e c h a n i c a lr e s p o n s ea n db e h a v i o r a n dt h ed e s i g nm e t h o d t h em i n i s t r yo fr a i l w a y so fc h i n ad e c i d e dt ob u i l dat e s t s e c t i o no ft h eb a l l a s t l e s st r a c k t h ef u l ll e n g t ho fs u i y um a i n1 i n ei s12 6 5 k m w h i c hi st h ef i r s tt e s ts e c t i o ni nc h i n a s u i s u i n i n g y u c h o n g q i n g t e s ts e c t i o n t h ei n t e r n a ls t r e s so fs u br a i lf o u n d a t i o no fh i g h s p e e db a l l a s t l e s st r a c ki s v e r yc o m p l e x m a i n l ya p p e a r si nt w oa s p e c t s o n ei st h ei n s t a b i l i t yo fs t r e n g t h f a t i g u eo fs u b g r a d e t h eo t h e ri si n s t a b i l i t yo fd e f o r m a t i o nf a t i g u eo fs u br a i l f o u n d a t i o n s ot h ec o n t r o lo fd e f o r m a t i o no fs u b g a d eb e c o m e st h ec o r ep r o b l e m w h e na n a l y s i st h eh i g h s p e e db a l l a s t l e s st r a c k b u ti nt h ee x i t i n gr e s e a r c h t h e c o n t r o lo fs u b g r a d em a i n l yo ns t r e n g t h a n dl a c ko fe n o u g hr e c o g n i t i o n t h i sp a p e ri ss u p p o r t e db yt h es c i e n t i f i cp l a n n i n gp r o j e c to fm i n i s t r yo f r a i l w a y t h e n u m b e ri s2 0 0 5 k 0 0 4 一 g a n dt h en a m eb et h ek e yt e c h n o l o g y i n v e s t i g a t e db ye x p e r i m e n t a li ns u i y ub a l l a s t l e s st r a c kt e s ts e c t i o n t h es t u d y o fs u bs t r u c t u r e i nt h i sp a p e r t 1 1 en o n l i n e a rf i n i t ee l e m e n ts o f t w a r ea b a q u s w a su s e d w h i c hd e v e l o p e db yt h ec o m p a n yo fh k si na m e r i c a a n db u i l d e dt h e t h r e e d i m e n s i o n a lf i n i t ee l e m e n tm o d e l u s e dt h ee x i t i n gt r a i nl o a dm o d e l m a i n l y a n a l y z e dt h ei n f l u e n c eo fa c c e l e r a t i o n v e r t i c a ld y n a m i cd i s p l a c e m e n t d y n a m i c s t r e s sa n dr e l a t e dd e f o r m a t i o nm e c h a n i c a lr e s p o n s e sb yd i f f e r e n ts p e e do ft h e t r a i nl o a da n dd e s i g np a r a m e t e r s t h ed e f o r m a t i o na n ds t r u c t u r ea d a p t a b i l i t yo f s u b g r a d ew a sd i s c u s s e dp r e l i m i n a r i l y t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t i n d i c a t et h a tt h e v a l u eo fv e r t i c a ld y n a m i cs t r e s si n c r e a s el e dt ot h es u r f a c el a y e ro fs u b g r a d e s t i f f h e s s t h ev a l u eo fv e r t i c a la c c e l e r a t i o na n dv e r t i c a ld y n a m i cd i s p l a c e m e n t d e c r e a s e1 e dt oh es u r f a c el a y e ro fs u b g r a d es t i f i n e s s t h eb a s es t i f f n e s sh a sa c r i t i c a ls t i f i n e s sw a s8 0 m p a w h e nt h es t i f i n e s sw a sm o r et h a n8 0 m p a t h er a n g e o fv a r i a t i o no fd y n a m i cs t r e s sa n dv e r t i c a ld y n a m i cd i s p l a c e m e n td e c r e a s e a tt h e s a m et i m ev e r t i c a la c c e l e r a t i o ni s o nr a p i d d e s c e n d i n gt r e n d a n d e a c h m e c h a n i c a lr e s p o n s es h o wd i s c i p l i n a r yf l u c t u a t ea st h es p e e di n c r e a s e a tt h e s a m et i m e ap r e d i c t i o nm o d e lf o rc u m u l a t i v ep e r m a n e n td e f o r m a t i o nh a sb e e n u s e d a n da n a l y z e dt h ep e r m a n e n td e f o r m a t i o no fs u b g r a d e a n dd i f i e r e n t i a l s e t t l e m e n t t h er e s u l ti n d i c a t et h a tt h ep e r m a n e n tc a ns a t i s f yw e l lo ft h ed e s i g n 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第 l 頁(yè) k e yw o r d s h i g h s p e e dr a i l w a y b a l l a s t l e s st r a c k f i n i t ee l e m e n tm e t h o d a c c e l e r a t i o n d y n a m i cs t r e s s d y n a m i cd i s p l a c e m e n t 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第l 頁(yè) 第1 章緒論 1 1 問題的提出 1 中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃 描繪了我國(guó)鐵路發(fā)展的宏偉藍(lán)圖 圖卜1 到2 0 2 0 年 我國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)總罩程達(dá)到1 0 萬公罩 要建設(shè) 四縱四橫 快速客運(yùn)專線及 三條城際快速軌道交通系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)主要繁忙干線客貨分線運(yùn)輸 客運(yùn)專線列車 運(yùn)行的安全性和舒適性 對(duì)軌道的平順性 穩(wěn)定性提出了更高的要求 也帶來 了我國(guó)線路設(shè)施方面技術(shù)路線的深刻變革 翻卜1 中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃圖圖卜2 無碚軌道試驗(yàn)段 隨著京滬高速鐵路 武廣 鄭西 京津等客運(yùn)專線的j l 我國(guó)高速無碴 軌道進(jìn)入了全新的時(shí)期 為進(jìn)一步深入研究無碴軌道的工作機(jī)理 力學(xué)行為與 設(shè)計(jì)方法 我國(guó)決定修建遂渝無碴軌道綜合實(shí)驗(yàn)段 該無碴軌道綜合試驗(yàn)段自 遂渝線引入重慶樞紐的龍風(fēng)隧道進(jìn)口至蔣家橋大橋 正線全長(zhǎng)1 2 6 5 k m 為幽內(nèi) 首段成段鋪設(shè)試驗(yàn)段 鐵道部于2 0 0 5 年6 月以鐵科教函 2 0 0 5 3 3 0 號(hào)下達(dá)2 0 0 5 年鐵道部科技研究發(fā)展計(jì)劃 白皮書 項(xiàng)目2 0 0 5 k 0 0 4 一 g 為 遂渝線無碴軌 道綜合試驗(yàn)段關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)研究 遂渝線無碴軌道線下工程關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)研 究 第一承擔(dān)單位 鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院 2 0 0 5 年8 月 鐵道部科技教育司與 鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院j 下式簽訂合同 合同編號(hào) 2 0 0 5 k 0 0 4 c g 分項(xiàng)目名稱 路基與橋 遂 涵構(gòu)筑物縱向剛度匹配技術(shù)研究 由西南交通大學(xué)負(fù)責(zé) 分項(xiàng) 目合同編號(hào)2 0 0 5 k 0 0 4 一c 一4 試驗(yàn)段內(nèi)鋪設(shè)板式無碴軌道和雙塊支承式兩種結(jié)構(gòu) 型式 如圖卜3 一圖卜4 所示 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 頁(yè) 幽卜3 普通板式軌道圖l q 烈塊支承式無碴軌道 其中在d k l 3 6 o o o d k l 3 6 9 2 4 9 3 之間的路基上鋪設(shè)了板式軌道 遂渝無 碴軌道綜合試驗(yàn)段的建設(shè) 對(duì)創(chuàng)建具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無碴軌道 優(yōu)化完 善無碴軌道設(shè)計(jì)和施工成套設(shè)備提供了最佳的試驗(yàn)場(chǎng)地 具有極強(qiáng)的推廣價(jià)值 為我國(guó)客運(yùn)專線大規(guī)模采用無碴軌道奠定了基礎(chǔ) 1 2 高速鐵路發(fā)展國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 鐵路是國(guó)家的重要基礎(chǔ)設(shè)施 國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈和大眾化的交通工具 在綜 合交通運(yùn)輸體系中處于骨干地位 高速鐵路具有速度快 運(yùn)量大 能耗省 污 染小 占地少 安全 可靠 準(zhǔn)時(shí)等方面的顯著特點(diǎn) 1 2 1 高速鐵路的發(fā)展幢1 英法兩國(guó)在1 9 世紀(jì)末就先后用蒸汽機(jī)創(chuàng)造了1 4 5 k m h 和1 4 4 k m h 的試驗(yàn)速 度 1 9 0 3 年德國(guó)用電力機(jī)車創(chuàng)造了2 1 0 k m h 的試驗(yàn)速度 1 9 3 1 年用內(nèi)燃動(dòng)車組 在珀林至漢饈之間做高速試驗(yàn) 最高速度達(dá)2 3 0 k m h 1 9 5 5 年3 月2 8 同法困用 一臺(tái)電力機(jī)車牽引三節(jié)客車進(jìn)行高速試驗(yàn) 最高瞬時(shí)速度達(dá)3 3 l k m h 1 9 8 1 年 法國(guó)用t g v p s e 電力動(dòng)車組創(chuàng)造了3 8 1 k m h 的紀(jì)錄 1 9 8 8 年德國(guó)用i c e 電動(dòng)車 組又創(chuàng)造了4 0 6 9 k m h 的紀(jì)錄 1 9 9 0 年法國(guó)用t g v a 創(chuàng)造了5 1 5 3 k r n h 的速度 日本在上世紀(jì)5 0 年代后期籌建高速鐵路 1 9 6 4 年l o 月東京到新大阪長(zhǎng)度 為5 1 5 k r a h 的東海道新干線通車 列車最高速度為2 1 0 k m h 1 9 7 5 年建成5 5 4 k m 由大阪至福網(wǎng)的山陽(yáng)新干線 1 9 8 2 年建成2 7 0 k m 由大宮至新瀉的上越新干線高 崎至長(zhǎng)野段 四條高速鐵路相互銜接 采用電力動(dòng)車組 最高速度已逐步提高 到2 2 0 2 7 5 k m h 法國(guó)與1 9 6 5 年提出了t g v 設(shè)想 1 9 6 7 年開始從事可行性研究 1 9 7 4 年批 準(zhǔn)立項(xiàng) 1 9 8 3 年建成巴黎至罩昂4 1 7 k m 的東南干線 1 9 9 0 年建成巴黎至勒芒和 圖爾總長(zhǎng)2 8 2 k m 的大西洋干線 1 9 9 3 年建成巴黎一里爾一加萊3 3 3 k m 的北部新干 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第3 頁(yè) 線 1 9 9 4 年又將東南干線延伸至瓦朗斯 長(zhǎng)1 2 l k m 1 9 9 6 年建成巴黎環(huán)線1 0 4 k m 共建成高速鐵路1 2 5 7 k m 同時(shí)計(jì)劃修建東部高速鐵路 大南方高速鐵路 地中 海高速鐵路以及巴黎地區(qū)南部高速鐵路互聯(lián)網(wǎng) 法國(guó)在高速線上月 行t g v 最高 時(shí)速已達(dá)2 7 0 k m h 一3 0 0 k m h 德國(guó)與1 9 7 0 年制定了修建高速鐵路的計(jì)劃 1 9 7 3 年開始修建曼海姆至斯圖 加特1 0 5 k m 及漢諾威至威爾茨堡3 2 7 k m 兩條商速鐵路 1 9 9 1 年5 月和1 9 9 2 年夏 分別開通運(yùn)營(yíng) 1 9 9 8 年又建成漢諾威至柏林高速鐵路 全長(zhǎng)2 6 4 k m 其中1 7 2 k m 為新建線路 2 0 0 5 年建成卡爾魯爾一奧芬堡 斯圖加特 烏爾堡 愛爾福特一 哈雷 萊比錫地區(qū)新線 德國(guó)在高速鐵路上開行i c e 列車 最高速度達(dá)到2 5 0 k m h 3 0 0 k m h 意大利1 9 9 2 年建成羅馬 佛羅倫薩2 6 2 k m 的高速鐵路 設(shè)計(jì)運(yùn)行最高時(shí)速 為2 5 0 k m h 3 0 0 k m h 采用自行研制的擺式列車 同時(shí)意大利政府與1 9 8 6 年批 準(zhǔn)規(guī)劃修建橫連東西 縱貫?zāi)媳遍L(zhǎng)達(dá)1 1 8 7 k m 的全國(guó)t 型高速鐵路網(wǎng) 西班牙1 9 9 2 年建成馬德罩一塞維利亞4 7 1 k m 的高速鐵路 運(yùn)行時(shí)速達(dá) 2 7 0 k m h 1 9 9 8 年丌始修建馬德罩 巴塞羅那6 0 5 k m 的高速鐵路 設(shè)計(jì)最高速度 為3 5 0 k m h 同時(shí)計(jì)劃修建向北進(jìn)入法國(guó)連接歐洲的高速鐵路網(wǎng)的連接線 英國(guó)于1 9 9 8 年1 0 月開始修建倫敦一海峽隧道長(zhǎng)1 0 9 k m 的高速鐵路新線 第一段7 0 k m 己與2 0 0 3 年9 月建成通車 全線計(jì)劃于2 0 0 7 年建成投入運(yùn)營(yíng) 荷蘭于1 9 9 8 年開始修建由阿姆斯特丹一比利時(shí)的高速鐵路 該線在荷蘭境 內(nèi)全長(zhǎng)1 2 0 k m 最高運(yùn)行速度3 0 0 k m h 俄羅斯從上世紀(jì)5 0 年代末開始研究高速鐵路 和閂本 法國(guó)同時(shí)起步 但 以后一段時(shí)間停滯不前 直到1 9 9 1 年 俄羅斯的第一條高速鐵路 圣彼得堡一 莫斯科的高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目才開始啟動(dòng) 該線設(shè)計(jì)速度為3 5 0 k m h 運(yùn)營(yíng)時(shí)速為 2 5 0 k m h 3 0 0 k m h 美國(guó)從1 9 9 6 年開始修建佛羅里達(dá)州坦帕觀光公園一奧蘭多機(jī)場(chǎng)一邁阿密機(jī) 場(chǎng)和東北走廊波斯頓一紐約一華盛頓的高速鐵路 同時(shí)計(jì)劃修建6 0 0 多公罩長(zhǎng) 的加利福利亞高速鐵路 韓國(guó)建造高速鐵路的構(gòu)想源于上世紀(jì)6 0 年代中期 最早的研究工作從1 9 8 2 年開始 韓國(guó)京釜高速鐵路是韓國(guó)第一條高速鐵路 全長(zhǎng)4 1 2 k m 設(shè)計(jì)速度 3 5 0 k m h 高速列車最高運(yùn)行速度為3 0 0 k m h 此線為客運(yùn)專線 高速旅客列車 采用法國(guó)t g v 技術(shù) 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第4 頁(yè) 我國(guó)今年來高速鐵路飛速發(fā)展 實(shí)現(xiàn)了6 次大提速 我國(guó)主要繁忙干線的 旅客列車行車速度最高達(dá)2 0 0 k m h 2 0 0 2 年1 1 月我國(guó)建成第一條設(shè)計(jì)速度為 2 0 0 k m h 的客運(yùn)專線 并先后進(jìn)行了三次綜合實(shí)驗(yàn) 中華之星 在山海關(guān)一綏 中試驗(yàn)段創(chuàng)造了3 2 1 5 k m h 2 0 0 3 年鐵道部提出鐵路跨越式發(fā)展的新思維 充 分利用國(guó)際國(guó)內(nèi)先進(jìn)的技術(shù)資源 加快技術(shù)創(chuàng)新 在較短的時(shí)i 玨j 內(nèi)傻我國(guó)鐵路 主要技術(shù)裝備達(dá)到或接近發(fā)達(dá)國(guó)家水平 早日實(shí)現(xiàn)中國(guó)鐵路的現(xiàn)代化 其中京 滬高速 武廣客運(yùn)專線 鄭西客運(yùn)專線等都己開建或立項(xiàng) 1 2 2 無碴軌道技術(shù)特點(diǎn) 兒 為適應(yīng)列車高速運(yùn)行的需要 無碴軌道應(yīng)運(yùn)而生 無穡軌道具有很好的平 順性和穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)的有耐久性和少維修性 與有碴軌道相比 其整體式的 軌下基礎(chǔ)在列車荷載的作用下不會(huì)產(chǎn)生道碴顆粒磨耗 粉化 相對(duì)錯(cuò)位引起的 道床結(jié)構(gòu)變形 在列車荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生相對(duì)有碴軌道很小的累積變形 從 而大大降低了軌道幾何狀態(tài)的變化速率 減少養(yǎng)護(hù)維修工作費(fèi)用 延長(zhǎng)維修周 期和使用壽命 但是無碴軌道一旦產(chǎn)生病害 維修十分困難 因此對(duì)無碴軌道 的使用范圍 設(shè)計(jì)條件和施工技術(shù)等問題 都必須十分重視 板式無碴軌道雖然具有較均勻的軌道剛度 但應(yīng)當(dāng)使軌道具有與有碴軌道 相當(dāng)?shù)膹椥?以緩解高速列車的動(dòng)力沖擊問題 為此必須增設(shè)c a 砂漿層及橡膠 彈性支座 同時(shí)為完成軌道高低與方向的調(diào)整而使得扣件的結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜化 在板式無碴軌道的施工過程中 需要精確的施工控制技術(shù) 對(duì)施工組織和施工 工藝提出了更高的要求 無碴軌道主要用于橋梁 隧道等具有堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的線路地段 對(duì)于土質(zhì)路基 很難解決列車重復(fù)荷載作用下的路基土的疲勞問題 存在相當(dāng)多的技術(shù)性問題 而且其在修建時(shí)費(fèi)用很高 1 2 3 國(guó)外無碴軌道的發(fā)展 為適應(yīng)列車高速行車需要 提高線路穩(wěn)定性和耐久性 減少線路維修工作 良 世界各國(guó)研究開發(fā)了多種無碴軌道 如德國(guó)的雷達(dá) r h e d a 型 日本新干 線的板式軌道 英國(guó)的p a c t 型 英吉利海峽隧道的彈性支承塊 l v t 式 法 國(guó)的m o n a c o 型和s t e d f 型無碴軌道 下面主要闡述德國(guó)和r 本的無碴軌道 1 德國(guó)無碴軌道 到2 0 0 3 年 德國(guó)無碴軌道總鋪設(shè)長(zhǎng)度6 0 0 多延長(zhǎng)公罩 德國(guó)無碴軌道的主 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第5 頁(yè) 型結(jié)構(gòu)是軌枕埋入式和博格板式無碴軌道 雷達(dá)2 0 0 0 旭普林和柏林同屬于雙 塊埋入式無碴軌道 a t d g e t r a c 等則為直接支承式無碴軌道 雷達(dá)型無碴軌道 如圖卜5 一卜7 所示 g e t r a c 型無碴軌道如圖1 8 所示 德國(guó)采用的體制是自主研發(fā) 統(tǒng)一管理的模式 由德鐵制定統(tǒng)一的技術(shù)要求 企業(yè)自主研究開發(fā)不同型號(hào)的無碴軌道 在指定的試驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)尺寸模型激振 試驗(yàn)及性能綜合評(píng)估 并經(jīng)德鐵技術(shù)檢查團(tuán)認(rèn)證 批準(zhǔn)后方有資格在線路上進(jìn) 行有限長(zhǎng)度的試鋪 德國(guó)鐵路自1 9 5 9 年開始研究到現(xiàn)在先后在土質(zhì)路基 高架 橋上及隧道內(nèi)試鋪了各種混凝土道床和瀝青混凝土道床的無碴軌道 首先在希 爾賽德車站試鋪了3 種結(jié)構(gòu) 隨后又在雷達(dá)車站和奧爾德車站試鋪了2 種結(jié)構(gòu) 1 9 7 7 年在慕尼黑試驗(yàn)線試鋪了6 種 1 9 5 8 1 9 8 8 年是德國(guó)鐵路的試鋪期 共鋪 設(shè)了無碴軌道3 6 處 累計(jì)2 1 6 k m 經(jīng)過不斷改進(jìn) 優(yōu)化 完善 不僅形成了德 國(guó)鐵路無碴軌道系列 而且還形成了比較成熟的技術(shù)規(guī)范和管理體系 1 9 7 2 年原西德鐵路在r h e d a 車站試鋪了由德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)陸地交通工 程試驗(yàn)中心開發(fā)的軌枕埋入式無碴軌道 軌下基礎(chǔ)由整體混凝 l 枕和現(xiàn)澆鋼筋 混凝土板組合而成 稱r h e d a 型無碴軌道 r h e d a 型無碴軌道為鋼筋混凝土底座 的結(jié)構(gòu)型式之 是德國(guó)開發(fā)的省力化軌道結(jié)構(gòu) 主要著眼于在孥固的土質(zhì)路 基上進(jìn)行鋪筑 以p c 枕木為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) 調(diào)整高度后 在周圍配置鋼筋 用混凝 土澆筑的軌道 在建立大量試鋪段進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)和長(zhǎng)期觀測(cè)的研究基礎(chǔ)上 在 德鐵橋梁 隧道和土質(zhì)路基上全面推廣應(yīng)用 在德鐵鋪設(shè)的6 6 0 k m 無碴軌道中 r h e d a 型約占一半以上 r h e d a 2 0 0 0 型無碴軌道是新丌發(fā)產(chǎn)品 由兩根鋼筋桁架 組成的特殊雙塊式軌枕取代原整體 這樣減少了新老混凝土的界面 有利于提 高施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的整體性 另取消原結(jié)構(gòu)中的槽行板 統(tǒng)一橋隧及路基上的 型式 同時(shí)軌道結(jié)構(gòu)高度從原來的6 5 0 m m 降低為4 7 2 m m 圖卜5 雷達(dá)2 0 0 0 型無碴軌道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖 m 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第6 頁(yè) 圖卜6 雷達(dá)無碴軌道結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程 圖l 一7 雷達(dá)2 0 0 0 罵 無碴軌道支承塊組裝圖 圖卜8g e n t r a c 型無碴軌道結(jié)構(gòu)圖 2 只本無碴軌道 f 7 本新干線的無碴軌道結(jié)構(gòu)型式相對(duì)單一 從2 0 世紀(jì)6 0 年代中期開始就 針對(duì)扳式無碴軌道結(jié)構(gòu)開展了系統(tǒng)的理論研究與試驗(yàn) 日本板式軌道的應(yīng)用是 簿 攀 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第7 頁(yè) 從橋梁和隧道開始的 在既有線和新干線上先后鋪設(shè)了2 0 多處近3 0 k m 的試驗(yàn) 段 同本板式軌道在土質(zhì)路基上的應(yīng)用經(jīng)歷了3 0 多年的發(fā)展歷程 1 9 6 4 年 日 本建成了第一條高速鐵路運(yùn)營(yíng)線 東海道新干線 并取得巨大成功 1 9 6 8 年提 出r a 型板式軌道 1 9 7 1 年在東海道本線l o o m 的營(yíng)業(yè)線上進(jìn)行初次試鋪 1 9 7 4 年在東海道新干線含慧橋站內(nèi)工鋪設(shè)1 4 處合計(jì)2 3 k m 試驗(yàn)段 出于一些試鋪地 段使用1 年后出現(xiàn)路基下沉 軌道板陷入鋪裝層 故沒有在山陽(yáng)新干線和東北 新干線土質(zhì)路基上鋪設(shè)無碴軌道 2 0 世紀(jì)9 0 年代初 為了改善r a 型板式軌道 所用瀝青材料的溫度敏感性和耐久性 提出用混凝土道床替代瀝青混凝土道床 的結(jié)構(gòu)方案 并用普通a 型軌道板取代r a 型軌道板 實(shí)現(xiàn)板式軌道結(jié)構(gòu)型式的 統(tǒng)一 j f 式在土質(zhì)路基上鋪設(shè)普通a 板式軌道前 1 9 9 1 年在北陸新干線 高崎 長(zhǎng)野 路堤上鋪設(shè)了6 0 m 的試驗(yàn)段 進(jìn)行靜 動(dòng)載試驗(yàn) 1 9 9 3 年板式對(duì)到在 北陸新干線土質(zhì)路基上鋪設(shè)了1 0 8 k m 占全線長(zhǎng)的4 占土質(zhì)路基的2 5 板式軌道研發(fā)過程中 曾提出多種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 如a 型 i 型 l 型和r a 型等 相關(guān)圖形如圖卜9 一卜1 2 所示 目前定型的板式軌道有普通a 型 框架 型及特殊減振區(qū)段的減振g 型等 構(gòu)成了使用于各種不同使用范圍的板式軌道 系列 至今 日本既有線和新干線達(dá)2 7 0 0 延長(zhǎng)公里 酗1 9 普通a 本 軌道板圖1 1 0 框架碰軌道板 圖卜l lr a 型軌道板圖卜1 2 用丁 特殊減振段上的防振g 型軌道板 1 2 4 國(guó)內(nèi)無碴軌道的發(fā)展 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第8 頁(yè) 國(guó)內(nèi)對(duì)無碴軌道的研究始于2 0 世紀(jì)6 0 年代 與國(guó) b j l 乎同時(shí)起步 初期 曾試鋪過支承塊式 短木枕式 整體灌注式等整體道床以及框架式瀝青道床等 多種型式 正式推廣應(yīng)用的僅有支承塊式整體道床 在成昆線 京原線 南疆 線等長(zhǎng)度超過l k m 的隧道內(nèi)鋪設(shè) 總鋪設(shè)長(zhǎng)度約3 0 0 k m 2 0 世紀(jì)8 0 年代曾試鋪 過出瀝青混凝土鋪裝層與寬枕組成的瀝青混凝土整體道床 全部鋪設(shè)在大型客 站和隧道內(nèi) 總長(zhǎng)約l o k m 此外還鋪設(shè)過瀝青灌注的固化道床 但未正式推廣 在京九線九江長(zhǎng)江大橋引橋上還鋪設(shè)過無枕結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)度約7 k m 1 9 9 5 年丌始對(duì)彈性支承塊式無碴軌道的研究 1 9 9 6 年 1 9 9 7 年先后在隴海 線白清隧道和安康線大瓢溝隧道鋪設(shè)試驗(yàn)段 在秦嶺隧道一線 秦嶺隧道二線 j 下式推廣使用 一 二線合計(jì)無碴軌道長(zhǎng)度3 6 8 k m 并先后于2 0 0 1 年 2 0 0 3 年開通運(yùn)營(yíng) 以后又陸續(xù)在寧西線 蘭武復(fù)線 宜力 線 湘渝線等隧道內(nèi)及城 市軌道中得到廣泛應(yīng)用 已經(jīng)鋪設(shè)和j 下在鋪設(shè)的這種無碴軌道累計(jì)近2 0 0 k m 在 九血 國(guó)家科技攻關(guān)專題 高速鐵路無碴軌道設(shè)計(jì)參數(shù)研究 中 提出了適 用于高速鐵路橋隧結(jié)構(gòu)上的3 種無碴軌道型式 長(zhǎng)枕埋入式 彈性支承塊式 和板式 以及其設(shè)計(jì)參數(shù) 在鐵道部科技開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 高速鐵路高架橋卜無 碴軌道關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)研究 中 完成了對(duì)上述三種無碚軌道實(shí)尺寸模型的鋪 設(shè)及各項(xiàng)性能試驗(yàn) 初步提出高架橋上無碴軌道的施工方案 提出了高速鐵路 無碚軌道橋梁徐變上拱的限值與控制措施 建立了橋上無禱軌道車線橋禍合模 型并進(jìn)行仿真計(jì)算 初步分析了高速鐵路高架橋上無碴軌道的動(dòng)力特性與車輛 走行性能 1 9 9 9 年完成 秦沈客運(yùn)專線橋上無碴軌道設(shè)計(jì) 施 1 二技術(shù)條件 的 研究 面對(duì)于土質(zhì)路基上的無碴軌道 我國(guó)正處于理論研究和試驗(yàn)分析階段 1 3 高速鐵路路基軌道結(jié)構(gòu)分析現(xiàn)狀 1 3 1 高速鐵路路基軌道結(jié)構(gòu)分析理論 w i n k l e r 與1 8 6 7 年提出了經(jīng)典的w i n k l e r 地基模型 該模型由位于常剮度 地基上無限長(zhǎng)梁組成 基于文克爾 w i n k l e r 地基假定 將軌道作為連續(xù)支承 彈性地基梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析 代表人物包括z i m m e r m a n n 和t a l b o t 通過對(duì) 彈性地基梁的解析 可以計(jì)算出鋼軌應(yīng)力和地基 道床頂面 反力 該方法經(jīng) 過長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展和參數(shù)修正 實(shí)際已成為鐵路路基軌道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的方法 1 9 1 3 1 9 1 8 年美國(guó)土木工程師學(xué)會(huì) a s c e 和美國(guó)鐵路工程學(xué)會(huì) a r e a 聯(lián)合在 美國(guó)伊利諾伊州的c h a m p a i g n 和新澤西州的d o v e r 進(jìn)行了鐵路線路工程應(yīng)力測(cè) 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第9 頁(yè) 試綜合試驗(yàn)研究 該研究項(xiàng)目由t a l b o t 領(lǐng)導(dǎo) 測(cè)試報(bào)告后來成為各國(guó)路基軌道 設(shè)計(jì)理論的發(fā)展基礎(chǔ) 該方法目前仍然為各國(guó)所沿用 包括我國(guó)常規(guī)鐵路路基 軌道的設(shè)計(jì) 美國(guó)鐵路工程協(xié)會(huì)推薦的a r e a 設(shè)計(jì)方法仍然基于該模型方法 后 t i m o s h e n k o 和f r y b a 對(duì)該模型作為鐵路軌道的正確性作了驗(yàn)證 在梁的模型中 主要有e u l e r b e r n o u ll i 梁和t i m o s h e n k o 粱兩種 蔭者 只考慮了梁的彎曲 后者則考慮了梁剪切變形和旋轉(zhuǎn)慣性矩 對(duì)于低頻激勵(lì)由 于波在鋼軌中的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于梁截面 兩種梁模型分析結(jié)果很相近 對(duì)于高頻激 勵(lì) t i m o s h e n k o 梁能得到更精確的結(jié)果 1 9 5 8 年 m a t h e w s 1 研究了恒速移動(dòng)振動(dòng)荷載作用下置于彈性地基上梁的穩(wěn) 態(tài)響應(yīng) 通過f o u r i e r 變換得到梁響應(yīng)精確表達(dá) 利用圍道積分和余值理論得 到梁穩(wěn)態(tài)響應(yīng)數(shù)值解 1 9 7 3 年 f i l i p p o v 5 3 研究了勻速移動(dòng)荷載作用下彈性半 空i 日je u l e r b e r n o u l l i 梁的穩(wěn)態(tài)響應(yīng) 結(jié)果表明當(dāng)荷載速度等于r a y l e i g h 波時(shí) 梁豎向變形趨向無窮大 因此把把該速度定義為臨界速度 1 9 9 8 年 孫璐 研 究了w i n k l e r 地基上無限長(zhǎng)梁在勻速運(yùn)動(dòng)的線源荷載激勵(lì)下的動(dòng)力響應(yīng) 根掘 廣義杜哈姆積分和線性疊加原理 把運(yùn)動(dòng)線源荷載作用下梁的動(dòng)力問題轉(zhuǎn)化為 求解位置固定的線源荷載作用下的梁的動(dòng)力響應(yīng) 然后用拉普拉斯變換和 f o u r i e r 變換求解梁動(dòng)力方程 獲得了線源脈沖響應(yīng)還屬 繼而得到了運(yùn)動(dòng)線源 荷載下梁的動(dòng)力解答 2 0 0 0 年 英國(guó)的h u n gb u n t 等人提出用單自由度體系模 型代替w i n k l e r 梁模型來計(jì)算軌道系統(tǒng)的動(dòng)力特性 結(jié)構(gòu)表明使用單自由度體 系計(jì)算模型來計(jì)算振幅 頻率等更為有效 對(duì)于多層w i n k l e r 梁模型同樣可以 用多自由度體系模型來代替 由此可以大大簡(jiǎn)化計(jì)算 2 0 0 1 年c h e n 等分析了 簡(jiǎn)諧荷載作用下置于粘彈性地基上無限長(zhǎng)t i m o s h e n k o 梁的響應(yīng) 建立了相應(yīng)梁 的動(dòng)力剛度矩陣 由此確定了臨界速度和共振頻率 2 0 0 4 年s e o n g m i n 1 研究了 w i n k l e r 彈性地基上e u l e r t i m o s h e n k o 梁在均布移動(dòng)恒載和諧振動(dòng)荷載下的振 動(dòng) 通過對(duì)空i 日j 坐標(biāo)和與時(shí)間坐標(biāo)進(jìn)行f o u r i e r 變換 得到梁穩(wěn)態(tài)響應(yīng) 分析 了荷載速度 頻率 地基阻尼對(duì)梁變形和最大位移的影響 給出了臨界速度和 頻率的計(jì)算公式 對(duì)路基的動(dòng)力響應(yīng)研究 1 9 6 5 年 e a s o n 利用f o u r i e r 變換得到了移動(dòng)荷 載作用下半無限彈性體內(nèi)的應(yīng)力解 1 9 9 3 一1 9 9 8 年 j o n e s 和p e t y t 將地基 模擬為一彈性半空間 利用f o u r i e r 變換先后研究了矩形荷載 條形荷載作用 下地基的響應(yīng) 1 9 9 8 年 h o n g 等利用波在秸彈性半空間傳播的能量譜密度分 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 0 頁(yè) 析了由交通荷載引起的地面振動(dòng)響應(yīng)問題 利用單軸雙自由度體系模型模擬交 通荷載 采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)路面粗糙度計(jì)算地面動(dòng)力響應(yīng) 計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果比 較吻合通過對(duì)反映譜分析還能證明由交通荷載引起的地面振動(dòng)主要影響因素是 r a y l e i g h 面波 而其中的體波部分相對(duì)來說較少并且衰減很快 2 0 0 1 年 t a k e m i t y 利用交通荷載所引起的低級(jí)振動(dòng)譜束分析地基響應(yīng)問題 提出在振 源附近地基響應(yīng)只與振源特性有關(guān) 而車速變化則影響到地基彈性波的傳播 對(duì)于移動(dòng)振源而言 隨著與振源距離增大 波形最大振幅減小 而持續(xù)時(shí)間增 加 同一位置 隨著車速增加 振動(dòng)時(shí)間減小 2 0 0 1 年h u n g 和楊永斌將地基 模擬為粘彈性半空間 研究了不同車輛荷載形式和不同車輛速度時(shí)地面的響應(yīng) 2 0 0 2 年 l e f e u v e 等考慮成層地基 從理論上研究了高速移動(dòng)的矩形簡(jiǎn)諧荷載 作用下地基土的振動(dòng) 同時(shí)研究了基床厚度對(duì)動(dòng)力響應(yīng)的影響 在此基礎(chǔ)上修 正了由固定諧荷載計(jì)算所得的共振深度 2 0 0 3 年 張昀青 3 以杜哈姆積分為基 礎(chǔ) 應(yīng)用動(dòng)力互等定理得到了移動(dòng)荷載作用下半無限大彈性連續(xù)介質(zhì)空 日j 上任 意點(diǎn)動(dòng)力響應(yīng)的廣義杜哈姆積分表達(dá)式 將列車荷載簡(jiǎn)化考慮為一系列具有一 定 丑j 距的集中荷載 采用f l o q u e t 變換與f o u r i e r 變換得到一個(gè)集中移動(dòng)荷載 作用下的動(dòng)力響應(yīng)解 2 0 0 4 年 蔣建群 在f r y b a 研究的基礎(chǔ)上 對(duì)半空惻體 響應(yīng)的積分表達(dá)式進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算 得到了彈性半空 日j 體內(nèi)任一點(diǎn)的響應(yīng)和表 面位移 通過具體算例 對(duì)荷載移動(dòng)速度 觀測(cè)點(diǎn)深度 觀測(cè)點(diǎn)距離等參數(shù)的 影響效果進(jìn)行了細(xì)致的分析 2 0 0 4 年 謝偉平 等用薄層單元法計(jì)算移動(dòng)荷載 作用下地基土動(dòng)力響應(yīng) 得到了地基土的位移和加速度 系統(tǒng)模型的建立 為得到更精確的軌道路基動(dòng)力響應(yīng) 很多學(xué)者提出了 軌道路基耦合模型 1 9 9 4 1 9 9 5 年 k r y l o v 1 利用g r e e n 函數(shù)法 得到了考 慮軌道一地基體系中彎曲波影響時(shí)地面振動(dòng)的解析表達(dá)式 研究表明當(dāng)列車速 度達(dá)到體系中彎曲波最小相對(duì)速度時(shí) 地面的振動(dòng)將降低 1 9 9 8 年m a t s u u r a 針對(duì)新干線軌道用格林法計(jì)算了移動(dòng)簡(jiǎn)諧荷載作用下軌道一地基協(xié)同工作時(shí)體 系的響應(yīng) 同時(shí)考慮了成層土對(duì)波傳播的影響 做出了不同情形下軌道系統(tǒng)的 時(shí)問一加速度譜 頻率一振幅譜 傳遞函數(shù)響應(yīng)譜 波動(dòng)特征衰減曲線等 指 出輪距和車廂數(shù)對(duì)地面振動(dòng)的影響至關(guān)重要 2 0 0 0 年 挪威學(xué)者k a y n i a 等將地基視為層狀粘彈性半空間體 鋼軌視為e u l e r b e r n o u l l i 梁 建立了移 動(dòng)荷載作用下地基軌道系統(tǒng)計(jì)算模型 并建立了相應(yīng)的動(dòng)力方程 用格林函數(shù) 計(jì)算了地基 軌道接觸點(diǎn)處土層的剛度矩陣 最后通過積分變換得到了時(shí) 日j 域 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 1 頁(yè) 的響應(yīng) 1 9 9 9 2 0 0 0 年 s h e n g 刮等研究了固定的簡(jiǎn)諧點(diǎn)荷載和移動(dòng)的簡(jiǎn)諧點(diǎn) 荷載作用下軌道一地基體系的響應(yīng) 將荷載直接作用在地基上和荷載作用于軌 道上時(shí)兩種情況下地基土的響應(yīng)進(jìn)行了比較 分析了荷載速度 頻率 軌道結(jié) 構(gòu)等對(duì)地面響應(yīng)的影響 2 0 0 3 年 m e t r i k i n e 啪1 第一次提出周期性支撐的三維軌 道模型 將鋼軌視為彈性半空間上點(diǎn)支承的e u l e r b e r n o u l l i 梁 研究了半宅 問等效剛度 結(jié)果表明用軌枕下等剛度彈簧來表示半空 h j 體 町以將三維 口j 題 簡(jiǎn)化為一維問題 彈簧剛度是頻率和相位的復(fù)函數(shù) 2 0 0 1 2 0 0 3 年 謝偉平 基于格林函數(shù)法推導(dǎo)了半無限地基及成層地基的響應(yīng)函數(shù)與傳遞系數(shù) 以軌道 地基系統(tǒng)為對(duì)象將軌道地基簡(jiǎn)化為半無限地基及層狀地基上的w i n k l e r 梁模型 對(duì)高速移動(dòng)荷載作用下梁一地基系統(tǒng)協(xié)同工作做了分析 得到了軌道與地基表 面的動(dòng)力響應(yīng) 2 0 0 2 年 通過對(duì)三維粘彈性半空間上梁與板的分析 確定該粘 彈性基礎(chǔ)的復(fù)剛度和阻尼系數(shù) 梁和板與土體之間的應(yīng)力分析用勒讓德多項(xiàng)式 近似表示 同時(shí)對(duì)輪一軌 日j 相互作用力以及土體表面豎向速度進(jìn)行了研究 2 0 0 5 年 王常晶 1 等用彈性地基上t i m o s h e n k o 梁在移動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力解得到地 基表面與路堤之 日j 的反力 將其作用于地基表面 以單位移動(dòng)衙載引起的半空 日j 地基內(nèi)部應(yīng)力解為基礎(chǔ) 對(duì)反力在作用空間上進(jìn)行積分 得到了列車速度小 于地基中r a y l e i g h 波時(shí)速時(shí)列車荷載在地基中引起的應(yīng)力穩(wěn)念響應(yīng)解 1 3 2 高速鐵路路基軌道結(jié)構(gòu)數(shù)值分析 在有限元普及應(yīng)用于實(shí)際工程領(lǐng)域后 有關(guān)路基軌道的設(shè)計(jì)理論也得到了 相應(yīng)發(fā)展 各種計(jì)算程序得到相繼開發(fā) 比較有名的有三種 即 i l l i t r a c k g e o t r a c k 和k e n t r a c k 1 1 l i t r a c k 是1 9 7 5 年由伊利諾伊大學(xué)的r o b e r n e t t t h o m p s o n k n u t s o n 和t a y a b j i 開發(fā)的 g e o t r a c k 1 是1 9 8 0 年由馬薩諸塞大學(xué) 的c h a n g a d e g o k e 和s e l i g 開發(fā)的 k e n t r a c k 瑚 是1 9 8 4 年由肯塔基大學(xué)的 h u a n g l i n 和d e n g 開發(fā)的 目前g e o t r a c k 還在開發(fā)更新中 另外m u l t a 模 型綜合了b u r m i s t e r 彈性多層分析方法來表述道床一土體系的力一位移特性 其中伊利諾伊大學(xué)開發(fā)的i l l i t r a c k 模型并不是真幣意義上的三維模型 它由兩個(gè)2 d 模型組成 包括一個(gè)橫斷面模型和一個(gè)縱斷面模型 通過將縱斷面 模型的輸出結(jié)果作為初值 輸入到橫斷面模型中進(jìn)行計(jì)算 從而以近似的方法 更少的計(jì)算花費(fèi)獲得三維分析效果 同時(shí)該模型無法考慮軌枕與鋼軌之問產(chǎn)生 的拉伸作用 如圖卜1 3 所示 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 2 頁(yè) 馬薩諸塞大學(xué)開發(fā)的6 e o t r a c k 是一個(gè)三維多層模型 可考慮軌下基礎(chǔ)的應(yīng) 力依賴性 但因無碴軌道沒有軌枕 國(guó)內(nèi)i i i 型混凝土軌枕的長(zhǎng)度為2 5 m 截面中間寬度為2 5 c m 截面中間高度僅1 6 5 m m 而代之為道床板 國(guó)內(nèi)道床 板的長(zhǎng) 寬 高分別為4 9 3 m 2 4 m 0 1 9 m 沿路基縱向?yàn)殚L(zhǎng)度方向 注意到 常規(guī)軌枕沿路基橫向的尺寸比沿路基縱向的尺寸要大得多 即路基橫向?yàn)殚L(zhǎng)度 方向 且g e o t r a c k 是假定軌枕為十個(gè)等間距支承于下部道床的線彈性梁 故 若以軌道板作為軌枕近似處理 則二者轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸顯然不同 由此帶來的繞主 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性矩也不同 即g e o t r a c k 模型的概化理論似不適合分析板式無碴軌 道 該程序可考慮鋼軌與軌枕的重量 從而可考慮軌枕與道床的張開分離及計(jì) 算土體的應(yīng)力狀態(tài) 如圖卜1 4 所示 涉囊一 底沙囊 路基 鋼軌約束 幽卜1 31 1 1 i t r a c k 模型 圖卜1 4g e o t r a c k 模型圈1 1 5k e n t r a c k 模酗 k e n t r a c k 是由美國(guó)肯塔基大學(xué)開發(fā)的 設(shè)計(jì)這套軟件的初始目的是專門為 瀝青道床軌道結(jié)構(gòu)分析用的 然而后來發(fā)現(xiàn) 無論采用何種材料 設(shè)計(jì)的基本 原則是相同的 由此開發(fā)了一個(gè)功能齊全的計(jì)算機(jī)程序 它不僅可以用于瀝青 道床軌道結(jié)構(gòu) 還可以用于其它材料作為底碴的普通軌道和混凝土整體道床軌 道 k e n t r a c k 程序系統(tǒng)采用兩個(gè)破壞準(zhǔn)則作為設(shè)計(jì)依據(jù) 它們是 一是控制道 霹一 鏟 固博 i 一 一 0 爨黟擘 一 一 一 霪霧一一赫一 一 等 飛 q o 纛 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 3 頁(yè) 床底部出現(xiàn)的最大拉應(yīng)力或拉應(yīng)變不致使其產(chǎn)生裂縫 二是控制道床最大永久 沉降或最大豎向壓應(yīng)力 對(duì)以碎石材料做為道床的軌道 僅需控制路基和底碴 頂面的最大壓應(yīng)力使其不超過容許值 對(duì)瀝青道床 既要考慮瀝青底部的最大 水平拉應(yīng)力也要考慮路基頂面的最大壓應(yīng)力 對(duì)混凝土整體道床 則只需控制 混凝土底部的最大拉應(yīng)力 控制點(diǎn)的應(yīng)力或應(yīng)變值主要用作損傷計(jì)算 根掘軌 道損傷計(jì)算結(jié)果 可估計(jì)軌道的使用壽命 k e n t r a c k 使用彈性層狀理論來表征 軌下基礎(chǔ) 此程序相對(duì)g e o t r a c k 可考慮軌枕橫截面屬性的變化及更多的豎向荷 載 作混凝土整體道床軌道分析時(shí) 視混凝土拉應(yīng)力為控制參數(shù) 將軌道結(jié)構(gòu) 的支承部分看作w i n k l e r 地基上的彈性薄板 用四邊形板單元離散 鋼軌離散 為梁?jiǎn)卧?軌枕與簡(jiǎn)化成彈性薄板的混凝土整體道床之l 日j 采用彈簧單元進(jìn)行彈 性連接 顯然若這樣處理無碴軌道路基的板式軌道分析 將把路基中的應(yīng)力和 應(yīng)變?yōu)榇我蛩?僅簡(jiǎn)單地采用了路基的彈性系數(shù)k 如圖卜1 5 所示 1 9 8 9 年 柴錦春 楊燦文9 提出一個(gè)關(guān)于計(jì)算鐵路路基應(yīng)力 應(yīng)變的l j y x y 模型 是一個(gè)準(zhǔn)平面應(yīng)變 單元寬度變 非線性彈性二維有限元 它把軌道這 個(gè)三維系統(tǒng)分為兩個(gè)二維系統(tǒng)處理 先進(jìn)行縱向 沿鋼軌方向 分析 然后以 縱向分析的結(jié)果作為輸入值進(jìn)行橫向分析 縱向分析時(shí) 鋼軌作為梁?jiǎn)卧?軌 枕為彈簧單元 道碴及路基土為平面應(yīng)變四邊形單元 并認(rèn)為每根鋼軌下長(zhǎng)為l 的軌枕均勻的向道床傳遞壓力 即單元的起始寬度為l 橫向分析時(shí) 軌枕按梁 單元處理 道碴及路基土按平面應(yīng)變四邊形單元處理 單元起始寬度為軌枕底 寬 單元的寬度隨深度而增加 且在道碴和路基土中按不同的角度增加 此角 度分別汜為萌 嗚 1 9 9 1 年 t o s i k a z u 等在動(dòng)態(tài)彈性有限元基礎(chǔ)上引入了一種數(shù)值解法 分 析了公路上車輛引起的地面振動(dòng) 它通過引入波傳導(dǎo)單元和完全能量傳遞邊界 利用波動(dòng)的可迭加性 將動(dòng)載進(jìn)行了狄克拉函數(shù)模擬 1 9 9 9 年雷曉燕 利用車 輪一軌排一道碚為一體的有限元?jiǎng)恿τ?jì)算模型求得軌枕作用在道床頂面的荷載 譜 將該荷載譜作為道床動(dòng)力分析輸入 研究了不同道碴厚度在高速列車荷載 作用下的動(dòng)力響應(yīng) 計(jì)算表明增加道碴厚度能有效減小道碚加速度與位移 1 9 9 7 年 西南交通大學(xué)翟婉明 1 教授最早提出的目自 在國(guó)際上最先進(jìn)的分析模型之 一 該模型能夠考慮包括路基在內(nèi)的軌下基礎(chǔ)和許多影響兇素 從車