高速铁路无砟轨道结构受力与轮轨动力作用分析

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1、西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在——年解密后适用本授权书；2．不保密团，适用本授权书。(请在以上方框内打“、／”)学位论文作者签名：罗‘蓉指导教师签名：日期：2008年11月20日日期：2008年11月20日西南

2、交通大学学位论文创新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独立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，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中做了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：1．基于车辆一轨道耦合动力学理论，采用多刚体动力学方法建立车辆系统动力学模型，采用有限元方法建立板式轨道及双块式无砟轨道动力学模型，通过轮轨关系将车辆系统和无砟轨道系统联系在一起，建立车辆一

3、无砟轨道动力分析模型，仿真计算与遂渝线无砟轨道动力学测试进行了对比验证，结果吻合较好。体现在本文第3章、第4章。2．应用车辆一无砟轨道动力分析模型，分析了在高速行车条件下，由脉冲型激扰、谐波型激扰和随机型激扰三种典型轮轨系统激扰引起的无砟轨道振动特性，分析结果为确定高速铁路无砟轨道不平顺限值提供理论基础。体现在本文第5章。3．分析了在高速行车条件下无砟轨道结构参数对无砟轨道轮轨动力作用性能的影响规律，为无砟轨道结构动力学设计提供必要的理论依据。体现在本文第6章。学位论文作者签名：罗袈日期：2008年11月2

4、0日西南交通大学博士研究生学位论文第1页第1章绪论1825年，英国斯托克顿(Stockton)～达灵顿(Darlington)之间的铁路开通，这是世界上第一条铁路。由于运输能力和可靠性明显优于其它的交通工具，铁路得到了迅速发展，同时也推动铁路技术不断发展和进步，为世界各国经济繁荣和社会进步发挥了重要作用。20世纪中期，在新兴的高速公路和航空运输的有力挑战下，铁路运输经受了严峻考验，迫使人们重新认识到铁路运输速度的重要性。1964年，世界是第一条高速铁路一日本东海道新干线成功运营，取得了巨大经济和社会效益，迅

5、速掀起了高速铁路研发和建设的高潮【11。高速铁路具有全天候、大运能、高速度、舒适安全、节能环保等显著特点，发展高速铁路可为社会和经济发展提供强大支撑。在当前全球气候变暖、环境恶化、能源紧缺的大背景下，铁路运输凸显其特有的优势，高速铁路还可减少旅行时间、·服务旅客的开支，以及相应减少车辆数量及其维护费用。因此，开展高速铁路相关技术的研究，应用现代高新技术建设高速铁路成为铁路发展的新趋势。轨道是铁路运输的特有技术装备，轨道对机车车辆提供导向作用，直接承受机车车轮荷载，并将荷载传递给铁路路基或桥隧。随着铁路的迅速

6、发展，轨道结构发生了翻天覆地的变化。最初的轨道采用木轨，随着冶炼技术的不断进步，出现了铸铁轨和至今仍在使用的钢轨。早期的轨道没有枕木，19世纪40年代，人们在铁轨下铺设了木枕，很好的保持了轨距，同时减小了地面应力，取得了良好的效果；随着20世纪中叶钢筋混凝土结构的迅速发展，强度更高、使用寿命更长的混凝土枕得到应用并逐渐取代了木枕。为了进一步减小基础结构应力，在地面基础和轨枕之间铺设一层碎石，称之为有砟道床，简称道床，碎石道床提高了轨道结构的弹性和排水性能，并使轨道维修更为方便。由钢轨、轨枕、碎石道床组成了现

7、代铁路有砟轨道的基本结构型式‘2-51。传统有砟轨道造价便宜，易于维修，减振性能好，但是应用于高速铁路，随着车速提高，轮轨相互作用明显加剧，在列车荷载长期反复作用下，道砟相互摩擦更为剧烈，道砟粉化、液化现象严重，道床易产生变形，影响道床的弹性和排水功能，致使轨道稳定性和平顺性降低。因此高速有砟轨道维修第2页西南交通大学博士研究生学位论文工作量明显增加，突出表现为碎石道床累积变形过快。当道床变形超过一定限度时，必须通过养护维修恢复其平顺状态，以保证行车安全和乘坐舒适度。线路维修工作量，随着列车的通过次数和行驶

8、速度的不断增加而增大，道床变形日趋严重，道床维修周期日益缩短，道床维修工作量和维修费用大幅增加，同时影响高速列车的舒适性和安全性。高速铁路有砟轨道维修费用比普速铁路要增加2倍，道砟更换周期减半。为适应既有线提速和兴建高速铁路，世界各国铁路尽管对有砟轨道结构采取了一系列强化和改善的技术措施，但仍不能解决轨道维护和列车运行之间的矛盾。因此，以少维修为目的，用其他材料替代碎石道床层的无砟轨道结构得到了迅速发展。与传统有