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轨下基础弹性层状结构分析理论与计算方法
| 论文题名： | 轨下基础弹性层状结构分析理论与计算方法 |
| 关键词： | 铁路轨下基础;弹性层状结构;计算方法;静力学理论 |
| 摘要： | 我国传统铁路轨下基础结构由于缺乏系统的理论计算方法，在其设计上一直沿用基于实测数据校验的半经验法，该方法缺乏灵活性和针对性，然相比而言，我国公路路基路面结构却早已有了成熟的计算理论及相对较为完善的设计理论体系。随着当前我国铁路轨下基础结构的不断发展，尤其是高速铁路轨下基础结构及材料的不断丰富，使得铁路轨下基础结构与公路路基路面结构存在诸多相似之处。基于此，本文参考典型公路路基路面结构计算理论--弹性层状体系理论，采用刚度矩阵法，重新推导了应用于铁路轨下基础结构的动、静力学理论计算方法，引入拉普拉斯变换以及二维傅里叶变换实现对计算理论模型的数值求解，并针对有砟轨道以及三种典型无砟轨道铁路，分别采用梁单元、弹性薄板单元以及弹簧单元等对铁路上部轨道结构各部件进行有限单元法模拟计算，应用以上推导的铁路轨下基础弹性层状结构计算方法建立起铁路系统整体结构动、静力学理论计算模型。 在以上理论计算模型及相应求解方法推导的基础上，采用MATLAB数学工具软件平台编制计算程序，从而达到理论模型求解的电算实现，并针对有砟轨道铁路以及传统板式无砟轨道铁路等典型结构进行静力学实例分析，分别采用本文计算程序以及通用有限元计算程序进行计算对比，通过计算获得有砟轨道轨下基础最大竖向位移分别为1.50mm以及1.95mm、最大竖向应力分别为0.34MPa以及0.21MPa，其计算结果差异较小；板式无砟轨道铁路轨下基础最大竖向位移分别为0.40mm以及1.20mm、最大竖向应力分别为0.11MPa以及0.26MPa，其计算结果对比相对差异略大，然根据刚性板变形及其受力的特点考虑，本文程序计算结果与实际刚性板受力状态更为接近。针对秦沈线典型试验工况，采用本文计算方法获得轨下基础顶面最大竖向动应力以及竖向动位移分别为83.0kPa和0.58mm，与相关参考文献中的现场测试结果以及计算结果差别较小，实例分析结果验证了本文提出的铁路轨下基础弹性层状结构计算方法的可靠性。 最后，基于本文推导的铁路轨下基础三维多层弹性层状体系理论计算方法，参考我国公路路基路面结构设计方法，在借鉴相关研究成果的基础上，初步探讨了针对我国铁路轨下基础结构的设计方法、设计流程及其相关控制指标体系，设计示例研究结果表明典型有砟轨道铁路轨下基础中基床表层及基床底层厚度分别为60cm及190cm时，道床层厚度大于20cm，即能满足设计指标及使用年限的要求，传统的有砟轨道铁路轨下基础道床层厚度是偏安全的，本文提出的针对我国铁路轨下基础结构的设计方法及其设计指标体系具有一定工程应用的可行性。 |
| 作者： | 阳恩慧 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 邱延峻;Wei-chou;Virgil Ping |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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