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既有线重载铁路路桥过渡段路基变形与加强措施研究

刘升传  
【摘要】: 客运高速、货运重载是当今世界各国铁路发展的两大趋势,而货运重载化已经成为大多数铁路大国货物运输现代化发展的重要标志。重载铁路由于轴重增大,速度提高,加剧了列车/线路系统的动力相互作用,也使路基的变形和动力响应加剧。路桥过渡段在这种动力作用下将产生较大的差异沉降,给行车安全带来极为不利的影响,并且沉降差还会使列车高速通过时对线路产生较大的附加动力作用,又加剧沉降差发展,加速路基破坏。另外,由于历史的原因,既有铁路路桥过渡段路基设计标准较低,路基质量已不能满足要求。 因此,将轮轨系统与路基系统放到整个系统中去考察,建立合理的分析模型,进行多方面的计算分析,总结重载铁路路桥过渡段路基变形与动力响应的变化规律,具有重要的理论意义和应用价值。同时,研究既有铁路路桥过渡段路基、轨道结构的加强措施,对维持线路几何形态、保证列车运营安全也有非常重要的现实意义。 基于此,本文以科研项目“运营线路路桥过渡段路基及轨道加强研究”为依托,采用理论分析、现场试验和数值计算等手段,首次较为系统地研究了重载铁路路桥过渡段路基在静、动力荷载作用下的变形和动力响应特性,深入分析了路桥过渡段纵向二维和三维模型的动力响应规律,并对路基质量检验及加强措施作了研究。本文的主要研究内容和成果如下: (1)介绍了朔黄铁路沿线的工程地质概况,并结合现场测试数据详细分析了路桥过渡段路基的几何尺寸和质量检验结果,得到了路桥过渡段的基本参数,为进一步分析路桥过渡段路基变形和动力响应提供了依据; (2)利用ANSYS有限元软件对静力作用下路桥过渡段路基的变形规律进行了模拟分析,总结了路桥过渡段二维静力变形规律,研究了参数变化对路基变形的影响; (3)建立了两种路桥过渡段列车-轨道-路基垂向振动系统动力有限元计算模型,计算分析了列车荷载下模型的二维动力响应规律,给出了ANSYS中路基面上动应力的表示形式; (4)分别对动荷载作用下过渡段路基横向二维模型的动力响应和移动荷载作用下过渡段路基纵向二维模型的动力响应进行了重点分析,总结了重载条件下过渡段路基横向和纵向动力响应规律,研究了基床表层刚度、过渡段填料刚度及密度对动力响应的影响和路基内竖向动应力的变化规律;深入分析了不同轴重、不同列车速度、不同路基填土模量等因素对过渡段路基动力响应规律的影响; (5)为研究朔黄铁路现场试验段双线线路条件下路桥过渡段路基的动力响应,对列车上桥、下桥和两列列车相向而行时路桥过渡段路基的动力响应进行了三维有限元分析,系统地总结了列车荷载上桥、下桥及两列车荷载相向而行三种情况下路桥过渡段路基的纵向和横向三维动力响应规律; (6)研究了路桥过渡段路基加强范围的确定与加强措施,在综合分析现场试验结果和数值模拟计算结论的基础上,给出了过渡段需要加强的范围,进而提出了过渡段路基的加强措施。


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