高速铁路路基动力特性及列车循环荷载作用下变形性质研究

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1、北京交通大学博士学位论文高速铁路路基动力特性及列车循环荷载作用下变形性质研究姓名：董亮申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：赵成刚20080401中文摘要摘要：高速铁路对路基工后沉降提出了十分严格的要求，同时无砟轨道结构改变了传统的有砟轨道结构形式，上部结构的变化必然导致路基动力和变形特性发生变化。路基动力特性和累积塑性变形已经成为高速铁路路基结构设计中考虑的主要问题。本文在总结和吸收前人研究基础上，建立了路基动力瞬态反应的分析方法。通过数值模拟、现场试验和理论分析对高速铁路路基的动力特性和变

2、形特性进行了研究，主要成果如下：1．概述了人工边界、列车荷载作用下路基动力特性和分析方法、累积塑性变形及无砟轨道技术的研究进展。2．基于三维一致粘弹性人工边界，提出了适合于铁路路基这一狭长结构的多源一致粘弹性人工边界，通过编制用户单元子程序VUEL实现了在ABAQUS软件中的应用，通过算例验证了多源一致粘弹性人工边界的合理性。该边界的引入，对缩小计算模型、缩短计算时间和提高计算精度提供了解决方案，使得高速铁路路基动力特性的实现变得简单和方便，在个人电脑上即可方便地进行三维动力分析。为建立稳定、高效

3、的轨道／路基有限元模型奠定基础。3．建立了有砟轨道、双块式和板式无砟轨道／路基动力系统有限元模型，充分考虑列车荷载、轮轨接触关系、轨道不平顺和土质路基非线性特性，引入多源一致粘弹性人工边界作为边界条件，通过二次开发实现了在ABAQUS软件中的路基动力特性分析，计算与实测结果对比表明，本文建立的模型和求解方法能较好地反映路基动力特性，计算结果基本符合实际情况。4．对高速铁路有砟轨道路基的动力特性进行了数值模拟，对比分析动车组和货车荷载以不同车速通过时路基动态响应的空间和平面特性。5．对高速铁路双块式

4、和板式无砟轨道路基的动力特性迸行了数值模拟，对比分析了动车组荷载以不同车速通过时两种结构路基动态响应的空间和平面特性，并比较了有砟轨道、双块式和板式无砟轨道路基的异同。同时，提出了埋入路基式无砟轨道结构形式的设想，从剪应力角度分析该结构的特点。为进一步完善和发展高速铁路路基设计提供参考。6．通过胶济线有砟轨道和国家轨道试验基地无砟轨道的现场实车运行试验，实测分析有砟轨道、双块式和板式无砟轨道路基动应力、动变形和加速度，得到动车组和货车通过时路基的动力特性，为理论分析和数值模拟提供验证数据。7．在高

5、速铁路路基长期动载模拟试验的基础上，提出了适合于工程应用的列车循环荷载作用下路基累积颦性变形预测模型的参数确定方法，计算与实测结果北京交通大学博士论文基本相符，这将为高速铁路无砟轨道路基工后沉降的有效控制提供技术支持。关键词：高速铁路路基；有砟／无砟轨道；动力特性；累积塑性变形；多源一致粘弹性人工边界：数值模拟分类号：U213IlABSTRACTABSTRACTABSTRACT：Subgradesettlementisstrictlyrestrictedforhigh．speedrailway，b

6、esides，the"structureformofballastlesstrackisdifferentfromthatofthetraditionalballasttrack．Changesofsuperstructurewillinevitablyleadtothevariationofdynamicstressanddeformationcharacteristicofthesubgrade，therefore，analysisofsubgradedynamicresponseandsub

7、gradecumulativeplasticdeformationundercyclicloading．嬲wellastheirinfluenceondesignandperformanceofhigh-speedrailwaytrackareofgreatiMPaortance．Basedonpreviousresearchresults，ananalyticalmethodforsubgradedynamicresponseofhigh—speedrailwayisestablished，an

8、dthedynamicresponsetogetherwithcumulativedeformationofballastandbaUastlesstrack／subgradearestudiedthroughtheoreticalanalysis，numericalsimulationandfieldtest；theresultsareasfollows：I．Developmentsofartificialboundary,dynamicresponseandanalytical