高速铁路无砟有砟过渡段优化设计

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1、高速铁路无砟有砟过渡段优化设计1引言1.1国内外研究现状在国外，荷兰代尔夫特理工大学，葡萄牙波尔图大学，美国运输科技中心，西班牙的塞维利亚大学和比利时鲁文大学等均对过渡段有所研究。Frohling等人（1996)Hunt(1997),Li和Berggren(2010应用半解析方法来研究一个刚度可变的温克尔支撑梁模型。在这个模型中，刚度的变化时依靠弹簧的刚度提供的。他们都考虑了轮轨接触关系。而他们一致得到的结论是轮轨接触力会根据刚度的变化而提高。VanDalen(2006)[i9]，在他的模型中，刚度的变化时也是由依靠弹賛的刚度提供的。但是与前

2、面不同的是，VanDalen(2006)仅仅考虑了一个恒定的运动荷载经过一段刚度不平顺区域的模型，而没有考虑轮轨关系。他发现了，当列车经过一段刚度不平顺区域时，会产生能量，该能量向后福射。Lundqvist等人（2006)[24]和AlvesRibeiro等人（2007)基于有限兀方法对过渡段区域进行了研究。他们研究指出刚度不平顺会导致轮轨接触力增加。Lundqvist等人（2006)和Banimahd和akela(2003)过有限元方法，集中研究了下部钢筋混凝土的力学特性。ZuadaCoelho(2011)[3]通过实验和有限元方法研究了软

3、土区域内过渡段的动力学特性，发现了当应用连接板时，如果轨枕发生了悬空，在接触板的自由端会发生应力重分布。，这回加重土壤的长期变形，导致不均勾沉降的发生。同时，养护维修对过渡段的长期变形起着很重要的作用。标准的养护维修流程会加重沉降的发生，在接近过渡板的地方尤为严重。运用过渡板来时过渡段软化，并不是一个很好的方法，以往的养护维修方法也应该重新考虑。Li和Davis(2005)[57]和Li等人（2010)通过试验验证了在过渡段区域的沉降量大于普通轨道结构上的沉降量。与此同时，还指出了没有任何一种缓解的技术能够真正的提高过渡段的性能。Plotki

4、n和Davis(2008)也同样提出了关于现行的过渡段处理措施的无效性的观点。Kolisoja和Makela(2003)着重研究钢筋混凝土涵洞的力学特性，但是却没有得到相关的在路基和轨道的动力力学特性。Keer和Bathurst(2001)[56]和Hyslip等人（2009)提出了降低结构刚度可以提高过渡段的力学特性。Hyslipden等人（2009)提出了在桥梁上的道碎层设置端口，会降低桥梁的刚度，从而使过渡段的问题得到缓解。1.2.2国内研究现状在国内，我国铁道部科学研究院、西南交通大学、原上海铁道大学等有关研究者也先后通过模拟试验研究

5、了在列车重复荷载作用下路基基床的动应力响应特性。王其昌[42][43]等借助于车辆.轨道锅合动力学理论与方法就存在有轨道折角的有碎轨道路桥过渡段的动力学性能进行了仿真与综合评价，给出了路桥过渡段轨道折角的容许值，并指出轨道折角效应显著，列车的速度效应也很明显。王于等[53]运用车辆-轨道稱合动力学理论，以有硫和无碴轨道的过渡段为例，进行了车辆-轨道垂向动态相互作用的仿真研究，指出了确定轨道过渡段长度时所采用的动力学性能评价指标，并提出了确定轨道过渡段长度的临界长度法。罗强、蔡英等[51]运用车辆-轨道-路基相互作用的动力学理论，全面分析了路桥

6、过渡段的轨面弯折变形、轨道基础刚度的变化、不同的行车速度、车辆进出过渡段等情况对车辆垂向加速度和轮轨垂向力等动力学性能指标的影响规律，并指出路桥结构的工后沉降差引起过渡段轨面弯折变形是影响行车安全与舒适的主要因素，而路桥间的刚度差、列车的行车方向对行车的动力学性能指标影响不显著，并对过渡段的变形限值和过渡段长度的确定方法进行了一些研究。毛利军等利用车辆-轨道锅合动力有限元计算模型，对轨道过渡段不同工况进行仿真分析，讨论了不同行车速度和轨道刚度两种因素对轨道过渡段动力系数的影响，得出过渡段轨道刚度的突变并不直接导致动力系数的增大，而一旦存在不平

7、顺折角，轮轨之间的动力系数将急剧增大。杨广庆[65]等进行了高速铁路路基与桥梁过渡段的技术措施分析，并指出设置钢筋混凝土过渡板对路桥间的刚度平顺过渡非常有利，但必须配以其他级配粗粒料或加筋土路堤结构等处理措施才能解决路桥间沉降差引起的轨面弯折对行车的影响。陶向华通过将ABAQUS有限元分析软件应用于车与路相互作用的动态响应研究中，建立了路桥过渡段三维有限元模型，采用Dmcker-Prager弹塑性本构模型来模拟车辆动荷载作用下路基和地基土的变形特性，将车辆荷载视为一动态过程，发现随着深度增加，车辆动荷载的影响逐渐减小，到地基深处基本没有影响。

8、2有限元模型的建立2.1有限元方法简介有限元法的主要优点是可以广泛的对工程结构进行计算分析，可以对其研究对象的物理模型进行精确描述。其基本步骤有结构离散、选择位移函