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季冻区改性基床表层对路基和轨道结构的影响分析
| 论文题名： | 季冻区改性基床表层对路基和轨道结构的影响分析 |
| 关键词： | 季节性冻土区;基床表层;动态响应;疲劳寿命;轨道结构;高速铁路 |
| 摘要： | 我国东北地区绝大部分属于季节性冻土区。东北地区虽然铁路网较为密集，但是人口众多，线路老化，有较大的修建高速铁路的需求。根据该地区高速铁路的运营情况，发现路基普遍存在约5mm～20 mm冻胀变形。为减小冻胀产生的病害，提高运营性能，本文考虑借鉴路基过渡段的做法，将水泥添加到基床表层的级配碎石中，并以此通过有限元程序建立了瞬态热传导模型，得到冻胀的结果，然后将上述结果作为冻胀-轨道-列车耦合模型的初始条件，计算得到列车和轨道的动态响应。最后根据冻胀变形结果，引入半刚性基层材料的疲劳计算公式，预测基床表层使用寿命。具体内容如下: (1)利用有限元软件ANSYS，结合其提供的usermat用户子程序，建立瞬态热传导模型，分析了不同工况在温度循环荷载作用下，路基的冻深、热影响范围和表面的冻胀变形。结果表明:路基冻深和热影响范围的大小随着水泥添加量的增多而减小;当基床表层的水泥添加量分别是0％、1％、3％、5％时，路基的冻胀变形分别为波长15.7m、18.6m、22.3m、26.2m，冻胀量分别为10.17mm、7.59mm、6.08mm、4.99mm，根据工务部门对路基变形大小的规定，对于高铁一般要求路基表面变形不大于5mm，所以添加水泥量为5％较为合适; (2)基于冻胀-列车耦合模型，并考虑了三种不同车速200km/h、250km/h、300km/h下基床表层、轨道和行车的动态响应指标。结果表明:在车速一定的情况下，随着水泥的添加量从0％增大到5％，各结构的动态响应均有一定的改善;水泥添加量一定时，当车速从200km/h增加到300km/h时，轨道、路基等动态响应增大，脱轨系数和轮重减载率也增大。表明车速的提高，可能不利于行车的安全;在冻胀不平顺作用下，列车的脱轨系数最大达到了0.374，在添加5％水泥后降低了34.8％，轮重减载率为0.325，降低了34.7％，表明添加5％的水泥后有利于行车安全; (3)根据基床表层冻胀变形，将其作为边界条件导入到建立的基床表层静力学模型中，得到基床表层产生的最大拉弯应力。结合半刚性基层寿命的疲劳次数公式和当量轴次换算公式。计算不同水泥添加量情况下，基床表层在列车荷载作用下的使用寿命，分析表明，添加水泥量在3％～5％时，基床表层的疲劳寿命增加量非常大，达到36％～48％。综合上述计算结果，建议在实际操作中，选取质量分数为5％的水泥添加到基床表层。 |
| 作者： | 陈民子 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 肖宏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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