重载铁路路基基床结构动力特性及设计方法研究

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随着重载铁路的不断发展，列车轴重的增大以及速度的提升对于路基基床结构的设计提出了新的要求。
　　由于当前重载铁路路基动力响应中的动应力对于重载铁路路基设计标准的重要影响，本文主要运用ABAQUS有限元软件基于弹性理论建立轨道—路基有限元模型，进行重载铁路基床结构荷载条件分析以及路基动力特性分析，用动强度设计指标确立不同轴重下的重载铁路路基基床总厚度。主要包括以下几方面工作：
　　进行重载铁路路基荷载条件的研究，结果表明：路基轨枕承担个数、荷载分担比例基本不随轮轴轴重的大小，基床表层填料的差异而改变。单轮轴作用时，绝大部分荷载由5根轨枕承担，荷载分担比例基本保持在9.8％:23.3%:33.3%:23.3%:9.8%。双轮轴作用时，荷载绝大部分由8根轨枕承担，荷载分担比例基本保持在8.82%:22.52%:35.45%:32.22%:31.87%:35.67%:23.83%:9.60%。四轮轴作用时，绝大部分荷载由15根轨枕承担，荷载分担比例基本保持在8.86%:22.47%:35.11%:31.36%:30.76%:35.93%:29.47%:27.05%:34.40%:33.25%:30.04%:34.87%:29.02%:13.81%:3.72%。
　　进行重载铁路路基基床结构动力特性的分析，结果表明：相同条件下，与单轮轴作用动应力相比，多轮轴作用的动应力要明显变大。在基床表层，双轮轴、四轮轴作用模型的最大动应力明显大于单轮轴作用模型，叠加作用会增加动应力大小。双轮轴与四轮轴作用模型基床表层最大动应力相差不大，但是随深度增加，四轮轴的叠加作用更加明显，动应力衰减速度明显减慢，对基床深处的影响范围也明显大于单轮轴、双轮轴作用。
　　将铁路规范中基床设计原则与有限元计算结果进行对比分析。结果表明：在单轮轴模型中，基床底层底面动应力是该处土体自重应力的13.49%—19.49%之间，满足规范中动静比0.2的原则。但是在双轮轴作用下，基床底面的动应力是该处土自重应力的26.7%—34.55%之间，四轮轴作用时，在基床最底层的动应力是此处土体自重应力的42.15%—51.54%之间，已经远远超过动应力是自重应力0.2倍的规定。按照荷载作用在基床上的动应力是土体自重应力的0.2倍来计算基床整体厚度时，25吨轴重下基床整体厚度为4.5m左右，30吨轴重下基床厚度为5m左右，35吨轴重下基床厚度为5.5m左右。说明多轮轴叠加作用下，动应力的幅值与影响范围明显增大，已经不能够满足规范中确立基床厚度的原则。
　　最后结合大量收集试验数据确立了基床各层不同填料的动强度，并依据临界动应力控制准则运用有限元软件计算确定不同轴重下的各基床表层、基床底层设计厚度。结果表明：
　　基床表层的变化，不会引起基床底层的剧烈变化，不同基床表层厚度得到的最终基床整体厚度变化不大，25吨轴重下的基床整体厚度为2-2.3m，30吨轴重下的基床整体厚度为2.8-2.9m，35吨轴重下的基床整体厚度定为3.2-3.3m。

著录项

作者
王岩;
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作者单位

河北工业大学;

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授予单位河北工业大学;
学科建筑与土木工程
授予学位硕士
导师姓名郭抗美;
年度 2015
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类路基;
关键词
重载铁路; 路基基床; 结构荷载; 动力特性;

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