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高速铁路路基模型试验系统研究与动力分析
| 论文题名： | 高速铁路路基模型试验系统研究与动力分析 |
| 关键词： | 高速铁路;填料改良;有限元分析;动力响应;轨道路基试验;动力模型 |
| 摘要： | 我国列车运行速度不断提高，对铁路路基也提出了更高的要求，充分了解路基的动力响应是高速铁路路基设计和保障铁路运输安全高效的需要。大比例的物理模型试验已成为高速铁路无砟轨道路基结构动力性能研究的重要手段。本文针对目前模型试验的不足建立了高速铁路无砟轨道1∶1轨道-路基动力学模型试验系统，并通过数值仿真分析了各因素对高速铁路路基动力响应的影响。主要研究的成果如下: 1.针对目前小比例模型试验导致模型试验结果与现场实测存在较大差距的情况，建立了1∶1轨道-路基动力学实尺模型试验系统。该系统由反力及动力加载系统，数据测试及采集系统和高速铁路路基模型三部分组成。该系统可以模拟不同因素，例如车型、运行速度、轨道结构类型及状态、环境因素等对高速铁路路基动力响应及累计变形的影响。 2.针对高速铁路路基基床表层以下填料难以就地取材，采用试验的方法确定了不良铁路路基填料的改良方案。试验结果表明:(1)随着粗颗粒的增加，最大干密度先增大后减小、最优含水率与之成线性减小;(2)在三轴剪切过程中，填料碎石含量高、低围压下存在剪涨的趋势，碎石含量低、高围压下存在剪缩的趋势;(3)相同碎石含量的填料内摩擦角随着围压的增加而减小，相同围压下内摩擦角随着碎石含量的增加而增大，但当碎石含量大于60％时，内摩擦角的增加速率明显降低甚至不增加。在综合分析各试验结果的基础上，确定碎石掺量为60％的改良料作为路基模型的路基填料。模型填筑施工后检测结果证明改良的填料满足高速铁路路基填筑要求。 3.针对目前模型试验只能考虑单轮或者单轴加载，忽略了动荷载的叠加效应，设计了高速铁路模型试验的动力加载装置。该装置的设计基于高速铁路无砟轨道主要由扣件传力这一本质现象，采用多作动器联动来模拟列车动荷载。该动力加载模拟装置既能提供不同轴重，不同列车运行速度下的动力荷载，又考虑了相邻车厢相邻转向架不同轮对之间的动荷载的叠加效应。 4.采用有限元分析软件系统分析了高速列车作用下各因素对路基动力响应的影响。分析表明:(1)路基中竖直动应力和竖向动位移随深度呈指数趋势衰减。动应力、动位移经过基床表层分别衰减为约60％、40％，到达基床底面后仅剩余10％左右;(2)路基中基床表层和基床底层的动应力和竖向动位移幅值随列车轴重和行车速度的增加而线性增加，而基床底面（路基深3m处）基本未受影响。(3)混凝土支承层厚度取0.2～0.4m都可满足设计要求，但厚者安全，支承层可采用低标号混凝土以节省造价。基床底层厚度应取2m以上。 |
| 作者： | 徐进 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 张家生 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 中南大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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