車—路耦合條件下高速鐵路路基及橋路過渡段結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動力分析.pdf

1、高速鐵路以其速度快、運能大、能耗低、污染輕、占地少以及安全舒適等綜合優(yōu)勢,在世界各國得到了迅速發(fā)展。但隨著列車速度不斷提高,隨之而來的輪軌系統(tǒng)的動力作用、行車的安全性和舒適性、線路結(jié)構(gòu)的安全性問題也越發(fā)突出,而這在我國尚缺乏足夠的理論研究和工程實踐。本文在簡要回顧國內(nèi)外高速鐵路技術(shù)發(fā)展以及車輛-軌道-路基動力學(xué)研究的歷史與現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,建立了整個大系統(tǒng)的耦合分析模型,并對高速鐵路有砟軌道/無砟軌道路基結(jié)構(gòu)以及無砟軌道橋路過渡段動力特性進

2、行了數(shù)值仿真分析,主要取得了以下幾方面的研究成果和結(jié)論。
　　(1)建立了二系懸掛條件下車輛-軌道-路基垂向耦合時變分析模型,模型針對列車走形的實際情況,將車輛-軌道-路基系統(tǒng)分為車輛、軌道-路基兩個子系統(tǒng),通過輪軌位移協(xié)調(diào)相容實現(xiàn)兩系統(tǒng)的耦合。以軌道不平順作為系統(tǒng)激勵,采用Newmark-β法對系統(tǒng)運動方程進行求解,得到了影響車輛舒適度與安全性的計算指標(biāo),同時,該模型能夠充分反映車輛對軌下基礎(chǔ)及軌下基礎(chǔ)對車輛的相互作用,為更好地

3、解決軌道交通下部結(jié)構(gòu)和上部車輛系統(tǒng)的體系匹配問題提供了分析基礎(chǔ)。
　　(2)以前述車-路耦合模型得到的輪軌作用力作為荷載分析前提,建立了有砟軌道/板式無砟軌道-路基三維動力有限元分析模型,考慮了不同單元之間的連接方法,并采用粘-彈性人工邊界模擬路基無限邊界,還考慮了軌道路基結(jié)構(gòu)材料非線性,借助大型有限元分析軟件ANSYS,利用其二次開發(fā)功能實現(xiàn)了軌道-路基動力響應(yīng)的仿真分析。并通過與文獻數(shù)據(jù)及現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)對比驗證了模型的正確性和有

4、效性。
　　(3)以客運專線軌道路基參數(shù)為基礎(chǔ),利用建立的車輛-有砟軌道-路基動力分析模型,分析了列車速度、軌道不平順、道床剛度和厚度、基床表層剛度和厚度、路基剛度以及地基剛度對系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響,為客運專線有砟軌道路基的設(shè)計和施工提供參考。
　　(4)利用建立的土質(zhì)路基上板式無砟軌道-路基分析模型,采用高速鐵路/客運專線板式無砟軌道的參數(shù),分析了列車速度、軌道不平順、板式無砟軌道系統(tǒng)動力學(xué)參數(shù)等對車輛的運行品質(zhì)、無砟軌道和