基于彈性層狀體系理論的重載鐵路軌下結構豎向位移分析.pdf

1、目前，我國尚無完善的重載鐵路設計規(guī)范，對于重載鐵路軌下結構缺乏系統(tǒng)的理論計算方法，在其設計上一直沿用基于實測數(shù)據(jù)的半經(jīng)驗法，缺乏靈活性和針對性。本文在借鑒公路路基路面設計中常用的彈性層狀體系理論的基礎上，采用剛度矩陣法，引入二維傅里葉變換和高斯積分，推導了道床層、基床表層、基床底層、地基層等結構層的剛度矩陣，并基于有限單元法的思想，引入工程梁單元以及彈簧單元模擬上部軌道結構中的鋼軌、軌枕及扣件部分，手動實現(xiàn)了單輪軸5軌枕分擔模型的結構離

2、散及單元劃分，推導得到了重載鐵路系統(tǒng)整體結構的總剛度矩陣。
　　本研究使用MATLAB數(shù)學軟件計算平臺，編寫了上部梁單元、彈簧單元、各有限厚度彈性層、半無限空間體的矩陣函數(shù)以及所需的部分組裝函數(shù)，求解得到了重載鐵路整體結構的總剛度矩陣，從而實現(xiàn)了理論計算模型的電算過程，運算過程穩(wěn)定且無溢出。使用以上計算程序，對不同軸重不同數(shù)量輪載作用下重載鐵路軌下結構豎向位移進行較系統(tǒng)的計算分析：⑴軸重25t單輪軸作用，軌下結構頂面的最大豎向位移

3、為1.90mm，最大軌枕節(jié)點力為77.5kN，軌下基礎表面最大應力為0.605MPa；⑵軸重27t雙輪軸作用，軌下結構頂面最大豎向位移為1.81mm，最大軌枕節(jié)點力為69.1kN，軌下基礎表面最大應力為0.539MPa；⑶軸重30t四輪軸作用，軌下結構頂面最大豎向位移分別為2.28mm，最大軌枕節(jié)點力為91.8kN，軌下基礎表面最大應力為0.716MPa。最后，人為設定了四種不同的工況，與通用有限元軟件的計算結果進行了對比，數(shù)值相差較小