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高速铁路加筋过渡段静动力特性数值分析及试验研究

李献民  
【摘要】:高速铁路的发展必须以安全、可靠、舒适等为前提,这些均取决于构成铁路系统各方面的高品质和高可靠性。车辆通过路桥(涵)过渡段,常常会发生“跳车”现象,大大降低了车辆运行的安全性和舒适度。而伴随着我国高速铁路的迅猛发展,路桥(涵)过渡段存在的问题比以前显得更加突出。基于国内外关于过渡段问题的研究现状,在综合分析的基础上,结合铁道部科技攻关课题的试验和研究,开展了本文的研究工作。本文采用理论研究、现场试验、数值分析相结合的研究方法,取得了如下主要研究成果和结论: (1)基于增量弹塑性理论,引入接触面单元来模拟格栅纵横肋与土的相互作用,建立了土工格栅加筋土的动弹塑性本构模型、以及动力计算模型。 (2)根据车辆-轨道耦合动力学理论,以及无碴板式轨道动力学理论,采用有限元与无限元相结合的方法,建立起车辆-轨道过渡段耦合动力三维分析模型。 (3)编制了开放功能良好的车辆-轨道-枕下结构动力有限元分析程序,并与弹性理论计算值、现场实测值进行比较,验证了计算程序的可靠性和适用性。 (4)基于“空间场”观点,首次对列车静载作用下的过渡段轨道-路基结构的矢量场特征进行了研究,并取得了如下成果: ①过渡段矢量场在线路纵向上、横向上和深度方向上的分布规律; ②土工格栅加筋桥台台尾过渡段后,对矢量场的分布具有很好的改善作用; ③列车静载作用下土工格栅加筋桥台台背的反力矢量场分布特征; ④土工格栅的加筋、列车的静轴重、基床表层的K30对枕下结构矢量场影响作用的敏感性分析特征。 (5)基于“时空场”观点,通过对路桥过渡段区域列车移动荷载作用下的车辆-轨道-路基的数值模拟仿真,对比分析了列车驶向、列车速度、桥台台尾的加筋、轨面的平顺性及不平顺波深等因素对车辆-轨道-路基系统动力性能的影响,并提出了过渡段车辆平稳舒适性的动力学控制指标。 (6)通过现场大量实测数据的时频分析,以及过渡段路基面动响应特征的分析研究,提出了高速铁路过渡段路基面同样存在“临界速度”的新概念;首次提出并推导了预测过渡段路基面动响应变化趋势的列车轴重 变化系数公式;提出了“超高”填筑路基以减小过渡段沉降差和动响应的 设计思想。 (7)通过对三个试验工点沉降观测数据的分析研究,得到了过渡段 路基在线路横断面和线路纵断面上特有的沉降曲线规律。 (8)通过对铁路路桥过渡段设计和技术处理措施规范的分析,专门 研究了级配碎石(砂砾)结构和A、B类土加土工格栅结构的填筑工艺流 程。 关键词高速铁路,路桥过渡段,土工格栅,加筋土,空间矢量场,动力 响应,动力学性能


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