高速鐵路非平順無砟軌道動力響應(yīng)研究.pdf

1、板式軌道由于具有整體性好、縱向和橫向穩(wěn)定性高以及可以提高乘客舒適度等優(yōu)點在高速鐵路中得到廣泛應(yīng)用，但是隨著列車速度的提高，軌道和路基結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)設(shè)施的異變（輪軌接觸的不平順、線路的差異沉降、地下水位的變化等）會引起更大的列車、軌道結(jié)構(gòu)和路基結(jié)構(gòu)的振動，影響乘客舒適度甚至危及列車運行安全，同時也帶來線路周邊的環(huán)境振動問題。關(guān)于列車-軌道-路基系統(tǒng)在高速運行環(huán)境下的動力學(xué)問題研究是涉及高速鐵路規(guī)劃、設(shè)計和運行維護(hù)的重要課題，具有深遠(yuǎn)的理論和實

2、際意義。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、沤⒉Ⅱ炞C了列車-板式軌道-路基垂向耦合動力學(xué)數(shù)值模型，詳細(xì)分析了軌道不平順對車軌耦合振動的影響，闡明了目前常用高速鐵路軌道譜的局限性以及建立適合我國不同線路條件下高速鐵路軌道譜的迫切性;通過對軌道結(jié)構(gòu)的參數(shù)化分析，驗證了我國高速鐵路規(guī)范對扣件剛度和間距的建議值是可靠的，軌道板與混凝土底座的分布質(zhì)量和CA砂漿剛度等參數(shù)在所定范圍內(nèi)取值時對系統(tǒng)的振動影響不明顯，路基分布剛度適宜取值范圍是3×108

3、N/m2～6×108 N/m2。
　　⑵在上述車-軌-路垂向耦合模型的基礎(chǔ)上引入典型的差異沉降模式，對不同列車運行速度下的輪軌接觸力和車體加速度響應(yīng)進(jìn)行分析，以滿足乘客舒適度指標(biāo)和輪重減載率指標(biāo)為準(zhǔn)則，得出了列車不同運行速度下的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，檢核了我國高速鐵路沉降控制標(biāo)準(zhǔn)(20m/15mm);通過周期圖法給出了路基發(fā)生典型差異沉降后的高速鐵路軌道譜，證明了考慮長波不平順的必要性。
　?、轻槍壍篮吐坊Y(jié)構(gòu)振動在橫斷面內(nèi)傳播媒

4、介的非均勻性以及在列車行進(jìn)方向傳播媒介的連續(xù)性，建立了2.5維軌道-路堤-地基系統(tǒng)有限元模型，重點分析了分層地基在荷載源移動速度接近或者超過表層地基土體臨界速度時的馬赫效應(yīng)，解釋了線路周邊地基產(chǎn)生劇烈振動并廣域傳播的現(xiàn)象;當(dāng)荷載源自身具有諧振特性時，即使移動速度低于分層地基的臨界速度，地基中也可能存在類似的共振效應(yīng)。
　　⑷建立了全比尺板式軌道-路基物理試驗?zāi)Ｐ?，實現(xiàn)了列車荷載的單點和多點異相位激振，試驗結(jié)果表明:板式無砟軌道路基

5、系統(tǒng)的共振頻率在16Hz附近，隨著地下水位的升高，路基系統(tǒng)的共振頻率呈現(xiàn)下降趨勢，路基靜動剛度都有不同程度的減弱，將顯著影響軌道結(jié)構(gòu)的振動特性和路基的變形特性;采用非水反應(yīng)高聚物注漿技術(shù)對無砟軌道路基沉陷進(jìn)行修復(fù)，可以明顯改善軌道-路基系統(tǒng)的動力穩(wěn)定性和長期變形性能。
　　⑸建立了列車-板式軌道-路基系統(tǒng)三維有限元精細(xì)化模型，采用赫茲接觸模型模擬輪軌接觸，實現(xiàn)了復(fù)雜板式軌道和路基結(jié)構(gòu)在多種軌道譜下的動力響應(yīng)分析，重點研究了高速列車

6、不同運行速度和不同軌道譜對軌道和路基結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)列車在高速運行情況下框架型板式軌道的軌道板表面應(yīng)變幅值較平板型板式軌道增大約35％～40％，埋入式鋼軌引起的環(huán)境振動水平較平板型板式軌道減小3dB～5dB。
　?、释ㄟ^理論分析、模型試驗和多種數(shù)值模擬對高速列車-板式軌道-路基系統(tǒng)的動力特性進(jìn)行了全面研究，在軌道不平順的組構(gòu)及其對軌道譜的影響、路基不均勻沉降限值標(biāo)準(zhǔn)、路基系統(tǒng)振動的臨界速度、軌道板形式的優(yōu)化等方面取得了創(chuàng)新