CRTSⅢ型無砟軌道瀝青混凝土軌下基礎(chǔ)動力特性研究.pdf

1、軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作為無砟軌道基礎(chǔ)，承受著高速列車運行下的動力荷載作用。隨著鐵路運輸向高速、重載方向發(fā)展，軌下基礎(chǔ)所受的動力作用勢必進一步加劇。現(xiàn)行無砟軌道防水層多采用水泥混凝土，相應(yīng)結(jié)構(gòu)存在著易開裂、剛度高、維護困難等問題。瀝青混凝土作為粘彈性材料，兼顧強度和柔性，且具有防水、減震、抗裂等優(yōu)點，可考慮作為軌下基礎(chǔ)材料選擇之一。本文從動力學角度出發(fā)，采用理論研究和數(shù)值模擬方法相結(jié)合，數(shù)值模擬計算結(jié)果與鄭徐試驗段數(shù)據(jù)對比以驗證模型有效性，同時論

2、證瀝青混凝土作為軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層的可行性。主要工作和結(jié)論如下:
　　1)對粘彈性材料力學特性和基本模型進行了歸納總結(jié)，確定了本文瀝青混凝土采用廣義Maxwell模型進行模擬。分析列車豎向荷載作用形式和特點，采用正弦激勵荷載形式加載。結(jié)合瀝青砼軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，闡明粘彈性層狀體系力學作為理論基礎(chǔ)的依據(jù)，并探討了動力特性分析時所應(yīng)選取的力學指標。
　　2)采用有限元軟件ABAQUS對瀝青混凝土軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行數(shù)值計算，其中瀝青砼粘

3、彈性參數(shù)通過對應(yīng)力松弛模量主曲線擬合得到。對比標準瀝青砼軌下基礎(chǔ)模型計算結(jié)果和鄭徐試驗段實測數(shù)據(jù)，模型有效性得以確認。各指標時程曲線顯示，豎向加速度、位移等先達到最大值而后回落趨于穩(wěn)定。豎向位移橫向呈馬鞍形對稱分布，內(nèi)側(cè)軌下有最大值。動應(yīng)力除底座邊緣應(yīng)力集中外，軌下范圍內(nèi)應(yīng)力水平較高。路基動應(yīng)力沿深度方向逐漸衰減，至基床表層降低43％，而土基頂面處僅余25％。
　　3)模態(tài)分析結(jié)果表明:路基系統(tǒng)固有頻率范圍介于3.21～5.55H

4、z，遠低于車身振動頻率，列車行駛不會引起路基結(jié)構(gòu)共振。從力學角度對比瀝青混凝土和水泥混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，計算結(jié)果證明瀝青混凝土結(jié)構(gòu)下豎向位移、加速度等都相應(yīng)降低，各層位受力狀況均有所改善，瀝青砼結(jié)構(gòu)在力學性能上不輸于水泥砼結(jié)構(gòu)，甚至更優(yōu)。
　　4)分析瀝青層厚度、溫度、列車速度、基床表層彈性模量等參數(shù)對瀝青混凝土軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的動力特性影響，揭示各力學指標隨參數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果表明豎向位移和加速度隨著瀝青層厚度增大而減小，兼顧性能和成

5、本，15cm厚度為宜。-6℃附近瀝青砼結(jié)構(gòu)力學性能表現(xiàn)最優(yōu)。車速對豎向加速度影響頗大，而位移等則影響甚微?；脖韺訌椥阅Ａ繉Ω髦笜擞绊懹邢蓿珡慕Y(jié)構(gòu)整體減震角度考慮應(yīng)提高基床模量。
　　5)提出一種供參考的CRTSⅢ無砟軌道瀝青混凝土防水層設(shè)計方法，考慮環(huán)境參數(shù)、材料參數(shù)和交通參數(shù)等，以力學響應(yīng)為設(shè)計指標，建立力學指標與路基結(jié)構(gòu)破壞之間的關(guān)系。主要力學控制指標為瀝青層底彎拉應(yīng)變和基床頂面豎向應(yīng)變。結(jié)合鄭徐試驗段，給出設(shè)計方法算例。