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原文传递 400km/h高速铁路与轴重40t重载铁路基床结构设计技术探讨

论文题名：	400km/h高速铁路与轴重40t重载铁路基床结构设计技术探讨
关键词：	高度铁路;线路构造;路基设计;基床结构
摘要：	本文针对高速铁路与重载铁路路基技术特点，在既有研究成果的基础上，采用理论分析和数值计算等研究手段，对基床承受不同列车荷载模式下的应力特征进行了分析，基于车辆-轨道耦合动力学原理，对高速铁路和重载铁路在不平顺条件下的路基面动力响应进行了研究，结合循环荷载作用下典型基床填料累积变形演化状态特征，以建立基于结构强度、循环变形和长期动力稳定性为控制准则的基床结构设计方法为核心，对高速铁路无砟轨道和重载铁路有砟轨道基床结构设计技术进行了探讨，并分别提出了列车提速至400km/h和货车轴重增大至40t时基床结构设计标准建议。　　本研究主要内容包括：⑴CRH高速动车组荷载作用下，无砟轨道路基面承受的动应力一次加卸载过程由同一转向架的两个轴载共同作用完成，双轴荷载经轨道结构的传递和扩散在路基面形成纵向梯形、横向均匀的分布模式，可作为无砟轨道基床结构设计荷载标准;针对多种出口型轴重40t矿石专用敞车前后车相邻轴距与固定轴距较为接近的技术特点，提出了适用于轴重40t重载铁路基床结构的设计荷载标准—“4Z1800/2400”四轴荷载模式，应力计算表明，该荷载模式可准确反映重载铁路路基承受列车荷载的叠加效应;通过对当前动力影响系数研究成果的总结，将动力影响系数按列车荷载作用类别分为两类，即可反映极限荷载条件下列车运行产生动力冲击作用的极限荷载动力系数φk1和列车长期循环荷载作用对路基产生累积变形效应的常遇荷载动力系数φk2。⑵针对CRTSⅢ板式无砟轨道及传统有砟轨道结构特点，以车辆—轨道耦合动力学原理为基础，分别建立了客车—板式轨道、货车—有砟轨道垂向耦合动力学模型，对无砟轨道路基在高速铁路无砟轨道谱、重载铁路路基在三大干线谱两种情况下的路基面动力响应进行了仿真计算，结果表明，在两种不平顺谱下，路基动力影响系数φk沿线路纵向均服从Kolmogorov正态性检验，并得出了400km/h运行条件下、70％分位数谱和99％分位数谱的单侧置信上限为μ+σ、μ+2σ、μ+3σ的φk计算值以及货车轴重40t时，平均谱和90％分位数谱的单侧置信上限为μ+σ、μ+2σ、μ+3σ的φk计算值。⑶针对高速铁路无砟轨道基床结构应以累积变形处于近似弹性的快速稳定变形状态为控制目标的设计特点，建立了考虑土体力学性能(K30)和塑性指数IP的快速稳定变形状态循环应变阈值估算方法;根据无砟轨道路基面荷载分布模式及不平顺下路基面动力响应，结合典型基床填料在循环荷载作用下累积变形演化状态特征，以结构强度、循环变形和循环应变为准则的设计结果表明，循环变形准则是设计主控因素;针对当前规范允许使用的不同类别填料，提出了适用于400km/h高速铁路无砟轨道的基床结构设计技术标准建议，即基床底层填料选用A、B1、B2和B3、C组填料时对应的级配碎石强化基床表层厚度分别为0.3m、0.5m、0.7m、1.5m，同时分别要求基床底层填料K30≥150MPa/m、140MPa/m、130MPa/m、120MPa/m。⑷针对重载货车轴重大、轴距小而导致路基动应力叠加效应明显的特征，阐明了列车荷载对路基产生的作用及累积变形效应区别，将基床定义为列车荷载引起的累积变形效应区，由此建立了以基床以下路堤填料不产生累积变形效应为准则的基床厚度确定方法;以重载铁路基床结构累积变形处于缓慢稳定状态为控制目标，构建了以结构强度、循环变形及长期稳定性为准则的设计方法，提出了适用于轴重40t重载铁路基床结构的技术标准建议，即基床以下路堤填料K30≥110MPa/m对应的基床厚度为3.5m，基床底层填料K30≥130MPa/m对应的级配碎石强化基床表层厚度为0.7m。
作者：	张瑞国
专业：	建筑与土木工程
导师：	罗强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文