课件2路基动态特性及基床结构设计方法

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1、路基动态特性及基床结构设计方法西南交通大学主讲人∶蒋关鲁Tel:13880508042,028-87634193e-mail:wgljiang@yahoo.com.cn路基动态特性的研究目标基床附加静应力的分布规律基床动应力的分布规律基床动位移的分布规律基床加速度的分布规律基床的动刚度对以上动态特性的分布规律的影响因素：加载荷重(列车轴重)、加载频率(列车运行速度)、基床含水量(降雨)、等等基床结构设计方法的研究目标•防止冒泥•减少向道床道碴路基的贯入(有碴)防止动应超过动强度(临界动应力)•减少路堤的压缩沉降•减小列车通过时的动态沉降

2、既有基床结构简介既有基床结构的设计理念：基床的作用以及对基床的要求铁路使用的主要轨道结构有碴轨道无砟轨道土工结构(路基)的概要○以土层、岩石等为材料构筑的结构以及与其相邻的小结构的总称○路基、路堤、路堑、加筋土、排水工、坡面防护以及与此类似的结构挖方路堤路基路床坡顶截水沟坡面排水沟线路侧沟线路侧沟排水层坡顶层厚管理材料坡面排水沟护坡道坡面坡底坡顶坡面坡底护坡道原地基上部路堤下部路堤原地基面排水层坡底排水沟日本高速铁路(有碴)强化基床表层的构成轨道结构体路床（路堤）填充层钢筋混凝土板透层级配碎石层轨道结构体混凝土路基路床（路堑•平地）排水

3、层混凝土路基(a)路堤(b)路堑•平地日本高速铁路(无砟)基床表层的构成中国高速铁路路基的构成(1)双线路堤标准横断面图中国高速铁路路基的构成(2)双线路堑(硬质岩石)标准横断面图双线路堑(软岩、风化严重的硬岩及土质)标准横断面图中国高速铁路路基的构成(3)防渗作用及要求具有一定的防渗功能(渗透系数约为10-4cm/s)。能够防止雨水浸入造成路基土软化，防止发生翻浆冒泥等病害。强度作用及要求应有足够的强度以抵抗列车荷载产生的动应力而不致破坏；能抵抗道碴压入基床土中，防止道碴陷槽等病害的形成；在路基填筑阶段能承受重型施工车辆走行而不形成印

4、坑，以免留下隐患。变形作用及要求在列车荷载的重复作用下，塑性累积变形很小，避免形成过大的不均匀下沉造成轨道的不平顺，增加养护维修的困难；在列车高速行驶时，基床的弹性变形应满足高速走行的安全性和舒适性要求，同时还能保障道床的稳固。基床的作用以及对基床的要求(1)基床的作用以及对基床的要求(2)在可能发生冻害的地区，还应具有防冻等特殊要求（需做抗冻融试验）路基动态特性的研究方法试验理论分析解析计算其他影响因素：列车轴重、列车运行速度、降雨、等等动态试验主要方法(1)：路基室内模拟循环加载试验模型横断面图及仪器布置ZSS50循环加载试验设备动

5、态试验主要方法(2)：路基现场循环加载试验动态试验主要方法(2)：路基现场实车加载试验路基面动应力横向分布轨下动应力沿路基深度分布基床动力响应(1)：有碴轨道基床动力响应(2)：板式无砟轨道路基面动应力横向分布轨下动应力沿路基深度分布基床动力响应(3)：长枕埋入式路基面动应力横向分布轨下动应力沿路基深度分布无砟轨道基床动态特性研究目标基床附加静应力基床动应力基床动位移基床加速度对以上动态特性的影响因素：加载荷重(列车轴重)、加载频率(列车运行速度)、基床含水量(降雨)、等等基床附加静应力路基表面的横向分布中线下沿路基深度的分布基床动应力

6、路基表面横向分布轨下沿基床深度分布基床动位移基础板动位移横向分布轨下沿路基深度方向分布降雨前、后轨下方加速度、动位移与动应力的关系降雨的影响因素基床动态特性基本结论(大比例室内模型试验)基床结构设计方法的研究研究目标防止冒泥•减少向道床道碴路基的贯入防止动应超过动强度(临界动应力)•减少路堤的压缩沉降•减小列车通过时的动态沉降路基面动应力与列车速度的关系(日本有碴轨道)动应力在路基面的分布——动应力在路基面的分布是非均匀的——横向呈马鞍型分布，钢轨下最大——纵向呈波浪型分布，轮载作用处最大——应力最大值出现在轨枕与钢轨交叉处对基床结构设

7、计时，需计算列车动荷载在路基中产生的动应力大小和分布规律单根轨枕下的压力分布（德国资料）美国的实测结果(有碴)路基面动应力的分布(有碴)路基面动应力的分布(有碴)路基面动应力的分布(有碴)传统的简化计算方法基本假定轨枕底压力均匀分布从接触面边缘以Φ角向下扩散扩散角Φ约为30~45我国轨道专业取35日本和欧美多取45也有个别取20日本的简化计算方法基本假定传递到路基面上的动应力在全部受荷面积上均匀分布轨枕底面压力从轨枕四周边缘以折线向下扩散枕面支承力的分配分例(有碴)日本中国的简化计算方法基本假定同日本的简化计算方法路基面动应力

8、沿横向均匀分布路基面动应力沿纵向三角形分布路基面动应力的实测值(有碴)机车车辆类型、轨道结构标准、行车速度、线路不平顺状态等多种因素影响大量既有线的现场实测表明，路基面动应力幅值的集中域一般在50～70kP