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原文传递冲击荷载作用下CRTS Ⅲ型板式轨道-路基动力特性研究

论文题名：	冲击荷载作用下CRTS Ⅲ型板式轨道-路基动力特性研究
关键词：	高速铁路;路基工程;板式轨道;动力特性;冲击荷载作用
摘要：	目前，中国高速铁路已经由大规模设计与建造进入长期安全稳定运营阶段，如何实现如此大规模高速铁路长期高安全、高稳定的运营，面临着巨大挑战。我国高速铁路空间跨度广、服役条件复杂，在高速列车动荷载反复作用下，基础结构性状的演变不可避免，例如钢轨接头焊缝不平顺、路基不均匀沉降等都会加剧轮轨间动力冲击作用，导致整个轨道结构动力特性和服役性能发生变化。因此，开展无砟轨道基础结构在冲击荷载作用下的动力特性研究具有很强的理论意义和工程应用背景。本文利用落轴试验和有限元方法，针对CRTSⅢ型板式无砟轨道在冲击荷载作用下无砟轨道-路基动力特性进行研究，主要包括以下研究内容和结论: 　　利用CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基系统实尺模型和落轴试验车，开展了不同落轴高度及加载位置下的落轴冲击试验，研究了落轴荷载作用下无砟轨道基础结构振动传递规律以及加载位置对振动特性的影响，同时运用Ansys/LS-Dyna软件进行了轨道-路基落轴冲击动力有限元模拟分析，在试验和数值结果对比验证的基础上，系统研究了轨道和路基结构动应力分布规律，比较了落轴高度和加载位置对动应力分布的影响。结果表明:无砟轨道具有良好的荷载扩散和减振能力。无砟轨道轨道结构动应力幅值沿线路横向分布总体上呈驼峰形分布，沿线路纵向大致呈正态分布。路基中动应力幅值在底座板宽度范围内沿线路横向分布比较均匀;沿线路纵向大体上呈正态分布;不同深度处和不同横向位置处路基动应力衰减速度不同。轨道和路基动力响应幅值总体上随落轴高度增加而线性增加，但沿线路纵横向分布规律不变。相对于板中加载，板端加载时自密实层振动加速度幅值和频率明显增大，其他轨道和路基各层面动应力幅值均有所增大，越靠近加载点增幅越明显，但是两种加载条件下轨道和路基结构应力幅值分布规律基本一致。　　利用Ansys/LS-Dyna建立了车辆-CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基系统垂向耦合有限元模型，利用经典的车辆-轨道耦合动力学方法验证了模型的正确性，研究了车辆通过焊缝不平顺及路基不均匀沉降时的轨道基础结构动力特性，并对不同类型焊缝不平顺以及不同参数余弦型不均匀沉降对系统动力特性的影响进行了研究和对比，结果表明:钢轨焊缝不平顺会引起车辆、轨道、路基系统动力学性能不同程度的变化，与不平顺直接接触的车辆和轨道等部件变化比较强烈。不同形式的焊缝不平顺对系统影响程度各有不同，凹、凸型焊缝不平顺对动力特性的影响相对接近，凹型焊缝不平顺叠加一短波不平顺后，系统动力特性显著增大。路基在发生不均匀沉降时，路基以上各层结构在自重作用下发生跟随性变形，严重时底座板和基床表层之间会形成脱空。在行车条件下，沉降中心处的轨道结构振动位移、加速度以及受力显著增大，甚至会造成层间碰撞，并且轨道结构的响应随着速度的增大而增大。路基不均匀沉降幅值或者波长的变化对无砟轨道结构动力特性的影响与底座板是否脱空以及脱空后是否发生层间碰撞有关。当路基发生20mm/20m沉降时，轨道和路基系统结构振动最为剧烈，应引起重视。
作者：	裴承杰
专业：	车辆工程
导师：	宋小林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文