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原文传递 CRTSⅢ型无砟轨道沥青混凝土轨下基础动力特性研究

论文题名：	CRTSⅢ型无砟轨道沥青混凝土轨下基础动力特性研究
关键词：	铁路工程;无砟轨道;轨下基础结构;沥青混凝土;动力特性;数值模拟
摘要：	轨下基础结构作为无砟轨道基础，承受着高速列车运行下的动力荷载作用。随着铁路运输向高速、重载方向发展，轨下基础所受的动力作用势必进一步加剧。现行无砟轨道防水层多采用水泥混凝土，相应结构存在着易开裂、刚度高、维护困难等问题。沥青混凝土作为粘弹性材料，兼顾强度和柔性，且具有防水、减震、抗裂等优点，可考虑作为轨下基础材料选择之一。本文从动力学角度出发，采用理论研究和数值模拟方法相结合，数值模拟计算结果与郑徐试验段数据对比以验证模型有效性，同时论证沥青混凝土作为轨下基础结构层的可行性。主要工作和结论如下: 　　1)对粘弹性材料力学特性和基本模型进行了归纳总结，确定了本文沥青混凝土采用广义Maxwell模型进行模拟。分析列车竖向荷载作用形式和特点，采用正弦激励荷载形式加载。结合沥青砼轨下基础结构形式，阐明粘弹性层状体系力学作为理论基础的依据，并探讨了动力特性分析时所应选取的力学指标。　　2)采用有限元软件ABAQUS对沥青混凝土轨下基础结构进行数值计算，其中沥青砼粘弹性参数通过对应力松弛模量主曲线拟合得到。对比标准沥青砼轨下基础模型计算结果和郑徐试验段实测数据，模型有效性得以确认。各指标时程曲线显示，竖向加速度、位移等先达到最大值而后回落趋于稳定。竖向位移横向呈马鞍形对称分布，内侧轨下有最大值。动应力除底座边缘应力集中外，轨下范围内应力水平较高。路基动应力沿深度方向逐渐衰减，至基床表层降低43％，而土基顶面处仅余25％。　　3)模态分析结果表明:路基系统固有频率范围介于3.21～5.55Hz，远低于车身振动频率，列车行驶不会引起路基结构共振。从力学角度对比沥青混凝土和水泥混凝土结构的优劣，计算结果证明沥青混凝土结构下竖向位移、加速度等都相应降低，各层位受力状况均有所改善，沥青砼结构在力学性能上不输于水泥砼结构，甚至更优。　　4)分析沥青层厚度、温度、列车速度、基床表层弹性模量等参数对沥青混凝土轨下基础结构的动力特性影响，揭示各力学指标随参数的变化规律。结果表明竖向位移和加速度随着沥青层厚度增大而减小，兼顾性能和成本，15cm厚度为宜。-6℃附近沥青砼结构力学性能表现最优。车速对竖向加速度影响颇大，而位移等则影响甚微。基床表层弹性模量对各指标影响有限，但从结构整体减震角度考虑应提高基床模量。　　5)提出一种供参考的CRTSⅢ无砟轨道沥青混凝土防水层设计方法，考虑环境参数、材料参数和交通参数等，以力学响应为设计指标，建立力学指标与路基结构破坏之间的关系。主要力学控制指标为沥青层底弯拉应变和基床顶面竖向应变。结合郑徐试验段，给出设计方法算例。
作者：	王萌
专业：	交通运输工程；道路与铁道工程
导师：	陈先华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文