一种可适应轨道基础大变形的无砟轨道结构研究

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无砟轨道路基、桥梁、隧道的沉降与上拱尤为严重,对于某些无砟轨道的沉降与上拱路段,如基础路基,桥梁路基,隧道路基尤为严重。路基的沉降量已经超出铁路扣件的调整范围,无法满足轨道标准高度的基本要求,目前国内一般采取注浆或者机械抬升并注浆的方法来整治,但由于其工程周期长、工程量巨大、成本高、耗费大量人力物力,在注浆过程中无法精确且高效的调整轨道板标高。本文在既有整治方法的基础上,提出一种高度可调式无砟轨道结构,旨在利用此新型轨道结构将超过20mm至200mm以上的路基沉降与上拱问题从路基调节转为轨道调节。(1)为了确定此高度可调节式无砟轨道结构的力学性能是否满足使用要求,本文以弹性力学为理论基础,在有限单元计算软件中对该新型轨道结构进行静力分析以及动力学分析。建立高度可调节式无砟轨道结构三维有限元模型,在不同侧垫厚度、不同拔模度数以及不同整体曲度下对橡胶材料的力学性能进行对比,分析此轨道结构在整体装配体中的模态振型,检验其轨枕在高度为200mm时稳定性。研究结果表明,弹性侧垫板对于结构振型影响较大,而整体锥度对结构模态振型影响较小,整体曲度对于此结构的模态振型以及固有频率影响较大,该结构能够在轨枕抬高200mm后保持第一阶模态振型呈竖直向下,即该结构能在列车交变载荷下保持稳定。(2)基于车辆-轨道耦合动力学理论,计算并分析了该弹性侧垫在不同工况下的行车安全性和平稳性,以及其实用性。研究结果表明:在轨枕抬高后,轨枕加速度与位移增大,为保证该结构在列车运行时的安全性与稳定性,改变该结构刚度使轨枕抬高后的加速度响应与位移响应与未抬高前保持一致,计算结果表明,该结构能够有效地抑制来自列车的振动,并与轨枕未抬高前保持一致。本文提出的高度可调节式无砟轨道结构不仅能够在改变弹性侧垫厚度、整体锥度、整体曲度及轨枕高度等重要参数下保持结构自身稳定,且车辆的平稳性、安全性与舒适性等车辆基本评价指标均在要求范围内。
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