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原文传递活动断裂带隧道内轨道结构振动传递特性及结构选型研究

论文题名：	活动断裂带隧道内轨道结构振动传递特性及结构选型研究
关键词：	铁路轨道;振动传递;结构选型;活动断裂带隧道
摘要：	我国西南地区山岭密布，且生态环境比较脆弱，为了保证线路平顺性和减小列车运行对沿线环境的影响，铁路多以长大隧道的形式穿越该区域。同时，该区域分布了多个活动断裂带，往往会涉及到铁路隧道穿越活断层的情况。当列车通过时，轮轨冲击产生振动并传至隧道结构，反复作用下隧道结构会产生裂纹并不断扩展，当损伤达到一定程度时甚至导致隧道结构整体失效。同时，振动在岩土体中传播，会扰动周围岩土层，促进断层发生错动。一旦发生以上病害，将会对铁路线路和隧道结构的安全造成严重威胁。　　本文以成兰铁路穿越活动断裂带工程为研究背景，基于有限元理论和轮轨耦合动力学理论，进行了一系列静动力学研究，旨在为活动断裂带隧道内铁路选择合适的减振型轨道，降低轮轨振动的不利影响。论文主要工作及结论如下: 　　(1)建立轨道-隧道-活动断裂带空间模型，采用拟静力方法模拟断层错动过程，分析断层错动下轨道结构的受力变形特性。研究表明，在断层错动条件下，无砟轨道结构出现了类似的错动变形，底座板和隧道之间出现了离缝;断层错动量达到15mm时，轨道板所受最大拉应力超过其抗拉强度，发生破坏;断层错动下，有砟轨道在受力状态、轨道结构破坏情况以及线路几何形位调整能力等方面均优于无砟轨道，建议在活动断裂带隧道内采用有砟轨道结构。　　(2)建立车辆-有砟轨道-隧道耦合动力学模型，从行车安全舒适性、减振效果等角度出发，分析弹性轨枕和道砟垫对系统动力特性的影响。研究表明，铺设弹性轨枕或道砟垫能保证行车的安全性和平稳性;铺设弹性轨枕明显的增大了钢轨和轨枕的垂向位移，但对降低道床动力响应作用显著;铺设道砟垫使得轨道结构位移增加的同时，也恶化了道床的工作状态;弹性轨枕和道砟垫均发挥了很好的减振效果，最大减振量分别为26dB、18dB;采用弹性轨枕或道砟垫可减缓列车冲击造成的断层错动。　　(3)分别改变道砟垫面刚度和弹性轨枕枕下垫层刚度，分析参数变化对车辆、轨道结构动力响应以及减振效果的影响，并据此提出参数的合理取值范围。减振垫层参数设置的原则是在控制轨道结构位移、振动以及受力的同时，不影响其减振效果，经过系统的对比分析，建议道砟垫面刚度取100～150MN/m3，弹性轨枕枕下垫层刚度取40～60MN/m。　　(4)提出隧道回填层采用橡胶混凝土材料的减振新思路，研究橡胶混凝土回填层的减振效果及其对车辆、轨道结构动力响应的影响。研究表明，橡胶混凝土回填层的减振效果明显，且在全频域内均有体现，衬砌的最大减振量为10.3dB;回填层采用橡胶混凝土前后，车辆、轨道结构的各动力学指标变化不大，采用橡胶混凝土回填层不会加剧轮轨动力作用和影响行车安全。
作者：	谭诗宇
专业：	道路与铁道工程
导师：	蔡小培
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文