高速鐵路無砟軌道動(dòng)力特性及相關(guān)應(yīng)用研究.pdf

1、隨著鐵路朝著長(zhǎng)大、高速、重載發(fā)展，軌道領(lǐng)域也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。無砟軌道在高速鐵路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如穩(wěn)定性好，養(yǎng)護(hù)維修量小，因而被廣泛地應(yīng)用于世界各地的高速鐵路上。
　　 在綜合考慮了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域情況的基礎(chǔ)上，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，建立了高速鐵路無砟軌道的分析模型和計(jì)算方法。主要工作和結(jié)論如下：
　　 1.建立高速動(dòng)載作用下的無砟軌道計(jì)算模型和仿真方法
　　 為明確影響高速動(dòng)荷載條件下軌道動(dòng)力學(xué)特性的主

2、要因素，研究并比較了一系列不同的模型對(duì)列車動(dòng)荷載的響應(yīng)。
　　 在模型的參數(shù)方面，主要考慮了路基結(jié)構(gòu)、路基和橡膠墊板的阻尼，并考慮了由于軌枕點(diǎn)支承導(dǎo)致的軌道空間幾何不連續(xù)所引起的軌道-路基相互作用。
　　 基于彈性地基上的梁-板模型，建立了軌道的仿真模型，分析其動(dòng)力學(xué)特性。鋼軌采用歐拉梁，承載層用彈性薄殼層模擬，扣件、CA砂漿和路基均采用彈簧阻尼器模擬，用有限單元方法進(jìn)行建模。編制了仿真模型的計(jì)算程序，并用已有的結(jié)論進(jìn)行

3、了驗(yàn)證。
　　 總結(jié)并討論了高速鐵路軌道在動(dòng)荷載作用下的特性和規(guī)律。
　　 計(jì)算給出了高速移動(dòng)荷載下的軌道動(dòng)力響應(yīng)，并研究了列車速度對(duì)動(dòng)力響應(yīng)的影響。結(jié)果表明，隨著列車速度的提高，CA砂漿層的動(dòng)彎應(yīng)力和路基中的動(dòng)應(yīng)力均隨之增長(zhǎng)。
　　 分析了由于高速列車對(duì)地面的激振引起的彈性附加牽引力。彈性附加牽引力的大小與空氣阻力引起的附加牽引力大小相當(dāng)甚至更大。因此，在高速條件下，彈性附加牽引力的大小作為能量損失的根源之一，

4、是一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
　　 2.建立輪軌接觸不平順作用下的垂向力與變形計(jì)算模型和仿真方法
　　 建立了高速鐵路軌道不平順導(dǎo)致的輪軌相互作用模型，并進(jìn)行了計(jì)算、模擬分析以及深入探討。
　　 基于線路垂向相互作用關(guān)系，用非線性有限元方法建立了軌道的整體模型，并編制了計(jì)算程序。將理論計(jì)算結(jié)果與遂渝線無砟軌道試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)兩者在很大程度上是一致的，計(jì)算和模擬分析所采用的方法是正確、合理的。
　

5、　 3.研究高速動(dòng)載作用下剛度和阻尼對(duì)軌道性能的影響
　　 對(duì)剛度和阻尼的影響效果的研究表明，路基剛度主要影響底座板加速度，但影響較小。增大路基和橡膠墊板的阻尼能降低臨界速度下的軌道振動(dòng)的放大效應(yīng)，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致彈性牽引力的明顯增加。因而阻尼的增加會(huì)造成相當(dāng)大的能量損失，這對(duì)高速交通是不利的。
　　 4.研究高速動(dòng)載作用下列車臨界速度和路基狀況對(duì)無砟軌道性能的影響
　　 研究了恒定移動(dòng)荷載下路基分層對(duì)軌道動(dòng)力響應(yīng)

6、的影響，結(jié)果表明這種影響是相當(dāng)明顯的。
　　 結(jié)果顯示，列車的臨界速度受軌道和列車的自重恒載的限制，且大小接近于軌道周圍地面下的瑞利波速度。這個(gè)結(jié)論無論是對(duì)埋入式的無砟軌道還是對(duì)普通的有砟軌道都適用。臨界速度的大小主要取決于路基土的力學(xué)特性和含水量。松軟土的臨界速度大概在150-300 km/h之間，而現(xiàn)代的高速機(jī)車是可以達(dá)到這個(gè)速度的。因此必須仔細(xì)探討在這種情況下會(huì)出現(xiàn)什么問題。
　　 路基土層的厚度和力學(xué)性能的變化能