重载货车作用下基床表层应力状态及破坏影响因素分析

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1、重载货车作用下基床表层应力状态及破坏影响因素分析1引言1.1研究背景及意义随着重载列车轴重、密度的提高，列车对线路的动力影响愈加显著，恶化了线路运营条件。根据FI本的铁路研究资料[II，道床破坏与通过总重成线性关系，而路基破坏则与通过总重的2-4次方成正比。线下结构中的重要组成部分包括地基和路基，基床表层直接承受道床传来的动载，是运营过程中产生病害的薄弱环节，随着轮轴移动基床动应力重复变化，幵展重载货车作用下基床表层应力变化规律，是指导和加强线路的重要基础。G.KLouroussis等基于三维模型，研究了以冲击荷载和移动车辆荷载作为激励源时，土壤特性对由外荷载产生的地面振动的传播的

2、影响，并分析了土壤特性对均质地基和分层地基的影响。研究表明：土壤剪切模量和阻尼是影响地面振动的主要参数，而密度和泊松比的影响可以忽略。P.J.Grabe和F.J.Shaark积分法逐步求解运动方程，计算了不同道床厚度和地基刚度下道床和路基在列车荷载作用下的振动加速度与动位移。计算结果表明：道床厚度对道床和路基的动力响应影响显著，随着道床厚度增加，动位移和动加速度明显减小，而路基刚度的影响不明显。因而，增加道床厚度是保证轨道结构稳定的有效方法。李军世等[3]通过引入波传导单元和完全能量传递边界，利用波动的可迭加性，采用狄拉克函数模拟列车动荷载，对铁路路基在高速列车作用下的动力反应进行

3、分析。该方法考虑了列车车辆的轴重、轴距、列车速度等对轨下基础动力特性的影响。分析结果认为：针对竖向动位移，路基存在一个临界速度，地基刚度越小，临界速度越低；竖向加速度随车速的提高而加速增长，随车辆振动频率的升高呈线性增长；在道碴与基床之间铺设一层混凝土板对路基的动力反应有显著的降低效果。雷晓燕[4]利用车轮-轨排-道炸为一体的有限元动力计算模型，求得轨枕作用在道床顶面的荷载谱，将该荷载谱作为基床动力分析的输入，研究了不同道碴厚度下基床在高速列车荷载作用下的动力响应。计算结果表明，增加道昨厚度能有效地减小基床加速度与位移。曹新文等采用室内模型试验研究了路基动应力、永久变形、弹性变形和

4、加速度随列车荷载重复作用次数、轴重及运行速度的变化规律。试验结果表明，在列车重复荷载作用下，路基累积永久变形能否稳定取决于列车荷载产生的路基动应力与填土的临界动应力；路基动应力与荷载成正比，荷载增大会加快路基填土变形速度并产生大的永久变形，同时会加剧列车与线路相互作用和振动。.2重载货车作用下路基动力分析模型2.1大轴重货车特点随着重载运输技术的不断发展，重载货车也在不断更新换代。货车主要由车体、转向架、制动装置和钩缓装置四部分组成本节主要对C64、C70和C80三种重载货车的结构特点进行介绍。C64型敞车的结构特点是：车体为全钢燥接结构，其主要构件均采用耐腐烛、高强度低合金钢。转

5、向架釆用转K2型转向架，转K2型转向架属于带变摩擦减振装置的新型祷钢转向架，在两侧架之间安装了弹性下交叉支撑装置，侧架、摇枕采用B级钢材质祷造，中央悬挂系统采用两级刚度弹簧。C70型货车采用转K6型或转K5型转向架，转K:6型转向架系铸钢三大件式货车转向架。一系悬挂采用轴箱弹性剪切热；二系悬挂采用带变摩擦减震装置的中央枕賛悬挂系统，摇枕弹簧为二级刚度。车钩缓冲装置采用E级钢17号车钩、锻造钩尾框和MT-2型缓冲器。..2.2动力分析模型车线动力学模型与分析对象密切相关，许多学者发展了二维及三维车线动力分析模型。根据应用条件及研究问题不同，对模型简化程度有所不同。本文主要关注荷载垂向

6、传递问题，采用二维车线动力模型有助于突显主要影响因素，更好把握科学问题。本文所建立的重载货车-线路动力模型是由重载车辆（C80)、钢轨、轨枕、道床、路基、路堤和大地组成。下面分别介绍各部分的模拟方法及参数特征。通过上节对大轴重货车的介绍可以知道，货车主要由车体、转向架、制动装置和钩缓装置四部分组成。理想的模型应充分考虑各种因素的影响，尽可能完整的反应系统本质，使模型具有精度高、功能强的特点，但为了便于计算模拟的实施，也不能使模型过于复杂，故列车荷载模拟的恰当与否将直接影响理论计算结果。本文根据翟婉明【31，32】提出的车轨动力模型的建模原则，充分考虑车辆各部件及其之间联结的真实动力

7、特性，采用整车模型，考虑车体、前后转向架、轮对及悬挂的影响。由于本文主要关注荷载垂向传递问题，所以采用垂向车辆模型，同时为了更真实的模拟实际状况，模型中采用三节编组列车，这样可以将相邻车辆的转向架的相互影响这一因素考虑在内。车辆模型如图2-1，本次计算所采用的货车类型为C80车型,车长12m，转向架轴距1.86m,前后两转向架间最近轴距1.97m。动力学建模时车体、前后转向架和轮对三部分均考虑为刚体。车体和构架间采用二系悬挂，悬挂系统为线性系统，另外考虑到货车一系悬挂