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原文传递高速铁路不同轨道结构下路基动力响应分析

论文题名：	高速铁路不同轨道结构下路基动力响应分析
关键词：	高速铁路;轨道结构;黄土路基;动力响应
摘要：	随着“一带一路”方针的实施，我国西部高速铁路迎来了新一轮的发展机遇。我国西部地区主要以黄土为主，不能直接用来填筑高速铁路路基，需要对其添加水泥或石灰等材料进行改良。目前，针对黄土地区的高速铁路路基动力分析还不够全面。本文则以作者所在课题组研究的水泥改良黄土路基基床底层为背景，对CRH2型车在中国轨道不平顺谱干扰下的动力特性进行分析;提取车辆在安全、平稳运行状态下的轮轨激励时程施加到路基模型上，研究不同轨道结构形式下改良黄土路基的动力响应的分布与衰减。目的是得到不同轨道结构下的高速铁路改良黄土路基的动力响应规律并形成相应的数据库，并对后期路基的累积塑性变形研究起推动作用，从而对黄土地区的高速铁路修建和运营以及水泥改良黄土路基的动力稳定性评价提供理论依据。因此，本文通过数值模拟手段，对6种轨道结构形式下的改良黄土路基进行建模仿真分析，本文主要研究内容和结论如下: 　　(1)通过多体动力学软件UM对CRH2型车进行建模，并引入柔性轨道模块使得轮轨接触更加真实;设定轨下结构动力参数，轮轨关系采用赫兹理论，高速铁路不平顺谱采用中国轨道谱;使列车以四个不同的速度(200km/h、250km/h、300km/h、350km/h)运行，得到车辆的轮轨力、轮重减载率、脱轨系数、车体垂向和横向加速度等车辆动力特性指标，与规范标准值进行对比分析，得到CRH2型车在四种不同速度下各动力参数随速度的变化规律并拟合成公式。　　(2)通过有限元仿真软件MIDAS GTS NX对有砟轨道路基进行建模分析，在钢轨上施加一个转向架下的四个轮轨力，动力时程长5s。得到不同结构层（基床表层、基床底层、路堤）的动位移、动加速度和动应力的数据分布，三者均沿横向呈“马鞍形”分布，且轨下的动力响应最大;在300km/h的速度及以下时，速度对路基结构动力响应影响甚微，但在350km/h下的动力响应变化明显;动位移沿深度衰减在3m内衰减迅速，衰减量达70％;动应力在深1m范围内衰减迅速，衰减量在70％以上，在3m处动应力仅为基床表层的10％。　　(3)对五种无砟轨道结构的水泥改良黄土路基进行建模分析，同样施加一个转向架下的四个轮轨力，动力时程长5s。得到无砟轨道路基各结构层的动力响应明显小于有砟轨道，且随车辆运行速度的增加而增大;横向分布呈“马鞍形”，支承层边缘与基床表层产生应力集中导致该处动力响应较大;同时绘制动位移、加速度和动应力沿深度的衰减图，得到动力响应在路基中的衰减规律。　　(4)对不同轨道结构下路基动力响应数据比较分析，得出无砟轨道在动力响应（动应力、动位移和加速度）沿深度衰减速度明显快于有砟轨道，更优;在无砟轨道中，双块式无砟轨道在动力响应衰减方面优于板式无砟轨道，其中CRTSⅡ型双块式最优;另外在板式无砟轨道中，Ⅲ型板式无砟轨道的动力响应衰减性能优于Ⅰ型和Ⅱ型。　　(5)将路基动应力与前人研究成果和实测值比较分析，本文中路基动应力相比较前人研究成果略小，更符合现场实测值的分布规律;对轨道板、轨枕等弹性材料仿真应力云图进行分析比较，给出配筋建议。
作者：	李张震
专业：	建筑与土木工程
导师：	马学宁;牛新泽
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文