CRTSⅢ型無(wú)砟軌道瀝青混凝土軌下基礎(chǔ)動(dòng)力特性研究.pdf

1、軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作為無(wú)砟軌道基礎(chǔ)，承受著高速列車(chē)運(yùn)行下的動(dòng)力荷載作用。隨著鐵路運(yùn)輸向高速、重載方向發(fā)展，軌下基礎(chǔ)所受的動(dòng)力作用勢(shì)必進(jìn)一步加劇。現(xiàn)行無(wú)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(kāi)裂、剛度高、維護(hù)困難等問(wèn)題。瀝青混凝土作為粘彈性材料，兼顧強(qiáng)度和柔性，且具有防水、減震、抗裂等優(yōu)點(diǎn)，可考慮作為軌下基礎(chǔ)材料選擇之一。本文從動(dòng)力學(xué)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(jì)算結(jié)果與鄭徐試驗(yàn)段數(shù)據(jù)對(duì)比以驗(yàn)證模型有效性，同時(shí)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(duì)粘彈性材料力學(xué)特性和基本模型進(jìn)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(jìn)行模擬。分析列車(chē)豎向荷載作用形式和特點(diǎn)，采用正弦激勵(lì)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(xué)作為理論基礎(chǔ)的依據(jù)，并探討了動(dòng)力特性分析時(shí)所應(yīng)選取的力學(xué)指標(biāo)。
　　2)采用有限元軟件ABAQUS對(duì)瀝青混凝土軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，其中瀝青砼粘

3、彈性參數(shù)通過(guò)對(duì)應(yīng)力松弛模量主曲線擬合得到。對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)瀝青砼軌下基礎(chǔ)模型計(jì)算結(jié)果和鄭徐試驗(yàn)段實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，模型有效性得以確認(rèn)。各指標(biāo)時(shí)程曲線顯示，豎向加速度、位移等先達(dá)到最大值而后回落趨于穩(wěn)定。豎向位移橫向呈馬鞍形對(duì)稱(chēng)分布，內(nèi)側(cè)軌下有最大值。動(dòng)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(dòng)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(yuǎn)低于車(chē)身振動(dòng)頻率，列車(chē)行駛不會(huì)引起路基結(jié)構(gòu)共振。從力學(xué)角度對(duì)比瀝青混凝土和水泥混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，計(jì)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(xué)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(chē)速度、基床表層彈性模量等參數(shù)對(duì)瀝青混凝土軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性影響，揭示各力學(xué)指標(biāo)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(xué)性能表現(xiàn)最優(yōu)。車(chē)速對(duì)豎向加速度影響頗大，而位移等則影響甚微。基床表層彈性模量對(duì)各指標(biāo)影響有限，但從結(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(wú)砟軌道瀝青混凝土防水層設(shè)計(jì)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(xué)響應(yīng)為設(shè)計(jì)指標(biāo)，建立力學(xué)指標(biāo)與路基結(jié)構(gòu)破壞之間的關(guān)系。主要力學(xué)控制指標(biāo)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(yàn)段，給出設(shè)計(jì)方法算例。