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原文传递青藏铁路多年冻土区无缝线路稳定性理论及其试验研究

论文题名：	青藏铁路多年冻土区无缝线路稳定性理论及其试验研究
关键词：	铁路工程;无缝线路;稳定性;冻土区
摘要：	青藏铁路格拉段穿越青藏高原腹地，全长1142km，平均海拔约4380m，穿越多年冻土区长度约546.4km。目前，多年冻土区已铺设无缝线路316.4km。青藏铁路多年冻土区具有高寒缺氧、气候多变、气温日较差大、全年负温期长、太阳辐射强、大坡道较为普遍、厚道床地段较多、路基热融下沉病害常见等特点，这些气候与环境条件以及轨道结构上的特殊性对无缝线路的稳定性和养护维修十分不利。　　然而，针对多年冻土区的无缝线路稳定性相关研究尚不系统和成熟，使得设计、铺设以及养护维修中依据不足，难以保障行车安全。本文针对高原地区的气候与环境条件以及铁路运营特点引起的无缝线路设计、铺设和养护维修等科学问题，结合多年冻土区无缝线路结构，以无缝线路稳定性研究为主线，综合应用现场检测、原位监测、室内试验以及理论与数值分析等方法，研究多年冻土地区无缝线路设计参数与轨道状态、现场检测与原位监测技术以及稳定性理论等，取得了如下主要成果: 　　(1)提出了道床状态参数快速检测方法，获得了多年冻土区无缝线路稳定性设计参数取值及变化规律。　　研制了便携式道床状态参数检测的加力架工装及数据采集仪，提出了道床状态参数现场快速检测方法。对多年冻土区无缝线路稳定性设计参数进行了现场观测以及实验室低温性能试验，获得了无缝线路道床状态参数、轨道原始弯曲以及扣件纵向阻力取值和变化规律。　　(2)建立了准确地表征轨道弯曲变形实际状态的无缝线路稳定性分析模型。　　基于微分方程法获得了准确反映轨道弯曲变形边界条件的曲线方程，利用一致缺陷模态法表征轨道原始弯曲，建立了以温度为施力体的无缝线路稳定性分析模型，基于能量法推导了无缝线路稳定性计算公式。该模型较好地表征了轨道弯曲变形真实状态，充分反映了温度力与轨道变形之间的因果关系。　　(3)首次将集合理论凸方法应用于无缝线路稳定性分析。　　设计参数采用不确定但有界变量，提出了基于凸模型和区间分析理论的稳定性临界轨温上下界计算方法。以区间分析理论为基础，构建了基于非概率可靠性理论的无缝线路稳定性分析模型以及以可靠性为特征的设计参数灵敏度分析方法。开辟了无缝线路结构不确定性研究的新途径。　　(4)构建了轨道位移与轨温同步采集的无缝线路状态原位监测方法。　　针对无缝线路状态长期监测技术尚需完善、改进和发展，研发了多年冻土区无缝线路状态原位监测系统，实现了在高原恶劣气候条件下轨道位移、梁端位移、轨温与梁温的同步采集、实时持续监测及数据的自动存储，形成了多年冻土区无缝线路状态原位监测成套技术。　　(5)获得了多年冻土区无缝线路状态参量的取值及演变规律。　　分析了多年冻土区无缝线路状态参量原位监测数据，发现了青藏高原气候与环境特点对无缝线路状态的响应及其内在联系，建立了气温和轨温年际变化的定量（函数）关系，确定了多年冻土区无缝线路状态的演变规律。　　(6)提出了充分反映多年冻土地区气候与环境条件和轨道结构特点的无缝线路设计、铺设以及养护维修方法。　　基于本文所获得的多年冻土区现场检测、原位监测、稳定性理论分析等最新研究成果，提出了无缝线路设计锁定轨温、无缝线路铺轨最佳季节与时间以及养护维修作业轨温范围，建立了多年冻土区无缝线路设计、铺设以及养护维修方法。
作者：	张向民
专业：	道路与铁道工程
导师：	高亮
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文