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原文传递青藏铁路格拉段路基沉降段无缝线路特性研究

论文题名：	青藏铁路格拉段路基沉降段无缝线路特性研究
关键词：	钢轨位移;曲线高道床;路基不均匀沉降;无缝线路;非线性有限元
摘要：	青藏铁路的建成对发展西藏地区经济，促进民族团结、地区交流和保障国家安全有着不可估量的作用。为进一步提升线路运行品质，格拉段于2012~2017年间逐步完成全区间无缝线路换铺任务，目前正在进行跨区间无缝线路铺设研究。青藏铁路格拉段穿越550km常年冻土区，虽然采取了各种工程措施，但路基的冻胀问题始终存在，冻融循环致使路基体呈现不稳定态势，现场采用补砟起道的方式保证线路几何形位满足养护维修要求，导致部分区段产生高道床、道床厚度不均匀等问题。　　本文结合青藏铁路路基冻胀段无缝线路道床厚度变化以及线路高低不平顺问题，建立数值分析模型，结合现场及室内试验，研究路基不均匀沉降对无缝线路受力特性的影响。主要开展的研究工作如下：　　（1）现场与室内试验相结合，获取轨道结构力学参数　　设计加工轨道纵、横向阻力测试加载设备，选取线路道床厚度变化典型区段，测量不同道床厚度条件下的道床纵、横向阻力，分析道床厚度变化对道床纵、横向阻力的影响；采用50t拉压机设备在室内进行不同道床厚度条件下的受侧限道床竖向刚度采集试验，分析道床厚度对竖向刚度的影响规律，建立道床厚度与线路竖向刚度的对应关系。　　（2）基于线路实际工况，建立无缝线路轨道空间非线性有限元计算模型　　选取路基沉降典型区段，实测线路里程、几何形位及曲线要素，计算杆件各节点空间坐标。采用空间梁单元模拟钢轨与轨枕，钢轨与轨枕以及轨枕与道床的联结用弹簧单元模拟，道床的纵、横向阻力及竖向刚度用具有三向自由度的空间约束模拟，利用编程语言编写轨道框架空间非线性有限元计算模型。　　（3）结合位移观测数据验证模型准确性，进行现场应变监测分析钢轨受力特性利用无缝线路轨道框架非线性有限元模型计算位移观测桩布设点处在实测温度变化下的节点理论位移，与实际测量位移值进行对比分析，校准模型。选择位于格拉段楚玛尔河-秀水河区间的高道床曲线为研究对象，在所选试验路段温度最高月份，在曲线不同部位钢轨轨腰处布置传感器，采集轨温循环下的钢轨应变增量，分析不同道床状态下钢轨应变增量的变化规律。　　（4）研究不同工况条件下高道床曲线地段无缝线路位移变化规律　　计算曲线地段高道床无缝线路长钢轨在温度变化及不同道床厚度下的节点横向位移，并与标准道床厚度曲线在相同轨温变化下的工况进行对比分析。用强迫位移模拟线路轨向不平顺，按照单轨、双轨，单节点、双节点分析初始不平顺对无缝线路长钢轨横向位移的影响，并找出最不利工况，提出线路养护建议。　　（5）研究路基不均匀沉降对无缝线路受力特性的影响　　基于节点实测道床厚度，选取道床厚度不均匀条件下的曲线地段无缝线路长钢轨在温度变化下的最不利节点，找出单节点竖向沉降影响范围。根据各节点竖向位移发生量调整道床三向约束矩阵赋值，模拟线路高低不平顺，计算双轨均匀沉降以及双轨不均匀沉降条件下的钢轨横向位移。分析总结出路基不均匀沉降条件下的无缝线路长钢轨变形规律。
作者：	杜国强
专业：	道路与铁道工程
导师：	韩峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022