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原文传递高速铁路非平顺无砟轨道动力响应研究

论文题名：	高速铁路非平顺无砟轨道动力响应研究
关键词：	高速铁路;无砟轨道;轮轨耦合;路基振动
摘要：	板式轨道由于具有整体性好、纵向和横向稳定性高以及可以提高乘客舒适度等优点在高速铁路中得到广泛应用，但是随着列车速度的提高，轨道和路基结构等基础设施的异变（轮轨接触的不平顺、线路的差异沉降、地下水位的变化等）会引起更大的列车、轨道结构和路基结构的振动，影响乘客舒适度甚至危及列车运行安全，同时也带来线路周边的环境振动问题。关于列车-轨道-路基系统在高速运行环境下的动力学问题研究是涉及高速铁路规划、设计和运行维护的重要课题，具有深远的理论和实际意义。本研究主要内容包括：　　⑴建立并验证了列车-板式轨道-路基垂向耦合动力学数值模型，详细分析了轨道不平顺对车轨耦合振动的影响，阐明了目前常用高速铁路轨道谱的局限性以及建立适合我国不同线路条件下高速铁路轨道谱的迫切性;通过对轨道结构的参数化分析，验证了我国高速铁路规范对扣件刚度和间距的建议值是可靠的，轨道板与混凝土底座的分布质量和CA砂浆刚度等参数在所定范围内取值时对系统的振动影响不明显，路基分布刚度适宜取值范围是3×108N/m2～6×108 N/m2。　　⑵在上述车-轨-路垂向耦合模型的基础上引入典型的差异沉降模式，对不同列车运行速度下的轮轨接触力和车体加速度响应进行分析，以满足乘客舒适度指标和轮重减载率指标为准则，得出了列车不同运行速度下的沉降控制标准，检核了我国高速铁路沉降控制标准(20m/15mm);通过周期图法给出了路基发生典型差异沉降后的高速铁路轨道谱，证明了考虑长波不平顺的必要性。　　⑶针对轨道和路基结构振动在横断面内传播媒介的非均匀性以及在列车行进方向传播媒介的连续性，建立了2.5维轨道-路堤-地基系统有限元模型，重点分析了分层地基在荷载源移动速度接近或者超过表层地基土体临界速度时的马赫效应，解释了线路周边地基产生剧烈振动并广域传播的现象;当荷载源自身具有谐振特性时，即使移动速度低于分层地基的临界速度，地基中也可能存在类似的共振效应。　　⑷建立了全比尺板式轨道-路基物理试验模型，实现了列车荷载的单点和多点异相位激振，试验结果表明:板式无砟轨道路基系统的共振频率在16Hz附近，随着地下水位的升高，路基系统的共振频率呈现下降趋势，路基静动刚度都有不同程度的减弱，将显著影响轨道结构的振动特性和路基的变形特性;采用非水反应高聚物注浆技术对无砟轨道路基沉陷进行修复，可以明显改善轨道-路基系统的动力稳定性和长期变形性能。　　⑸建立了列车-板式轨道-路基系统三维有限元精细化模型，采用赫兹接触模型模拟轮轨接触，实现了复杂板式轨道和路基结构在多种轨道谱下的动力响应分析，重点研究了高速列车不同运行速度和不同轨道谱对轨道和路基结构动力响应的影响，发现列车在高速运行情况下框架型板式轨道的轨道板表面应变幅值较平板型板式轨道增大约35％～40％，埋入式钢轨引起的环境振动水平较平板型板式轨道减小3dB～5dB。　　⑹通过理论分析、模型试验和多种数值模拟对高速列车-板式轨道-路基系统的动力特性进行了全面研究，在轨道不平顺的组构及其对轨道谱的影响、路基不均匀沉降限值标准、路基系统振动的临界速度、轨道板形式的优化等方面取得了创新性成果，对我国高速铁路技术发展具有重要的学术和工程参考价值。
作者：	程翀
专业：	水工结构工程
导师：	蒋建群;边学成
授予学位：	博士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文