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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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文论文题目重载铁路路基基床结构动力特性及设计方法研究论文作者：王岩学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：建筑与土木工程指导教师：郭抗美职称：副教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofArchitecturalandCivilEngineeringSTUDYONTHEDYNAMICCHARACTERISTICSANDDESIGNMETHODSOFSUBGRADEOFHEAVYHAULRAILWAYbywangyanSuperviso

2、r:Prof.GuoKangmeiMay2015原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；

3、学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：I摘要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

4、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%:3

5、0.04%: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

6、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III动应力控制

7、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。关键词：重载铁路路基荷载条件动力特性有限元分析设计方法IVABSTRACTAsthecontinuousd