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原文传递路基冻胀对CRTSⅢ型板式无砟轨道变形损伤影响及行车安全分析

论文题名：	路基冻胀对CRTSⅢ型板式无砟轨道变形损伤影响及行车安全分析
关键词：	无砟轨道;路基冻胀;变形损伤;阴阳坡效应;层间离缝;行车安全分析
摘要：	我国冻土面积广阔，修建高速铁路不可避免地会穿越冻土区域。CRTSⅢ型板式无砟轨道作为我国高速铁路的主要结构形式，正广泛铺设于多条季冻区高速铁路。运营实践表明，季冻区气候复杂，一旦产生路基冻胀等病害，势必引起无砟轨道的损伤劣化，影响轨道结构的服役状态和使用寿命，危及高铁列车的安全运营。　　本文以CRTSⅢ型板式无砟轨道为研究对象，建立了考虑塑性损伤的无砟轨道-冻胀路基系统静动力学模型，分析了不同路基冻胀荷载施加方式下轨道结构的变形损伤特征，揭示了列车经过冻胀区域不同位置时的车辆、轨道动力响应变化规律，开展了冻胀区行车安全性和乘客舒适性评价。在此基础上，提出了路基不均匀冻胀的管理限值和整治措施，为季冻区铁路养护维修提供理论指导。论文主要研究工作如下：　　（1）建立了考虑塑性损伤的CRTSⅢ型板式无砟轨道-冻胀路基静动力学仿真分析模型，明确了塑性损伤模型在分析冻胀问题方面的优势。　　基于混凝土塑性损伤理论，推导了塑性损伤参数，应用于无砟轨道理论分析。确定了不同路基冻胀形式的荷载施加方式，基于有限元分析方法建立了考虑塑性损伤的CRTSⅢ型板式无砟轨道-冻胀路基静动力学模型，并结合现场实测数据对模型进行了验证。对比分析表明，建立的塑性损伤模型相对于线弹性模型在分析冻胀问题方面具有优势。　　（2）明确了冻胀对轨道结构病害的最不利位置，探明了不同荷载组合作用下无砟轨道的变形、层间离缝、受力和损伤特征。　　基于塑性损伤+结构配筋的CRTSⅢ型板式无砟轨道静力学模型，明确了路基单一纵向冻胀对层间离缝和损伤的最不利冻胀位置；基于荷载不同施加方式分析，揭示了路基单一纵向冻胀、路基单一纵向冻胀与阴阳坡效应共同作用、路基单一纵向冻胀与温度荷载共同作用、路基冻胀-融化回落-沉降组合作用等复杂荷载条件下无砟轨道的变形、层间离缝、受力和损伤特征。　　（3）研究了列车经过冻胀区域不同位置时的动力响应变化规律，分析了冻胀区钢轨动位移、无砟轨道振动和伤损情况，开展了行车安全性和乘客舒适性评价。　　基于车辆-轨道-冻胀路基三维耦合动力学模型，分析了列车经过冻胀区域不同位置时的动力响应变化规律；考虑路基单一纵向冻胀、路基单一纵向冻胀与阴阳坡效应共同作用两种荷载形式，分析了钢轨动位移、无砟轨道振动和伤损情况；基于轮轨垂横向力、脱轨系数、轮重减载率、车体垂向加速度、Sperling平稳性指标进行了上述两种荷载形式下的行车安全性和乘客舒适性评价。　　（4）基于静动力学指标，提出了路基纵向冻胀管理限值分区图和考虑阴阳坡效应的路基冻胀管理限值分区图，并研究了路基冻胀的预防和整治措施。　　综合考量层间离缝、底座板损伤等静力学指标和轨道结构动位移、行车安全性、乘客舒适性等动力学指标，提出了路基纵向冻胀管理限值分区图和考虑阴阳坡效应的路基冻胀管理限值分区图；通过现场试验段验证了路基表层铺设高韧性混凝土的可行性，试验结果表明其防水封闭效果良好，可用于路基冻胀的预防；提出了一种刚度渐变式扣件布置方法，为整治路基的冻胀变形提供了一种新的思路。通过计算结果表明，相比于传统的刚度突变式扣件布置方法，刚度渐变式扣件布置方法的使用效果更佳，且安全性指标和舒适性指标均满足规范限值。
作者：	王宏阁
专业：	道路与铁道工程
导师：	肖宏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2023