高速铁路路基上有砟轨道与无砟轨道过渡段研究

高速铁路的发展必须以安全性、可靠性、舒适性等为前提,以线路的高平顺性和轨下基础的稳定性作保证。高速铁路的建设不可避免地会遇到不同轨下基础连接处的过渡段,这些地段恰恰是高速铁路线路的薄弱环节,由于强度、刚度、沉降等差异的存在必然会引起钢轨的弯折变形,致使不平顺的产生。为了保证高速铁路线路的高平顺性,必须对线路刚度有突变的区域进行过渡段的设置。 在借鉴前人的基础上,结合京沪高速铁路的建设,利用大型通用有限元软件ABAQUS建立了相对符合实际的空间三维仿真模型,力求真实地模拟高速铁路路基上有砟轨道与无砟轨道过渡段的动力响应。 对仿真模型的建立过程进行了详细的介绍,包括实体有砟、无砟轨道模型、三维轨道过渡段模型、轨道不平顺模型及轮轨接触模型。 结合遂逾试验线的相关动力测试数据,本文对建模方法的可靠性进行了验证,并对模型建立过程中应该注意的问题进行了介绍,包括求解积分步长、网格密度、模型计算时间、边界问题的处理等。 利用建立的模型,主要从轨道刚度、轨面折角、行车速度、列车行进方向等敏感性因素的影响对高速铁路路基上有砟轨道与无砟轨道过渡段的动力学性能进行了分析,其中无砟轨道结构采用的是普通板式无砟轨道,有砟轨道结构中轨枕采用的Ⅲ型轨枕,车辆采用的是我国自主研发的300km/h动力分散式动车车辆。 对既有国内外有砟轨道与无砟轨道过渡段方案的适用性及合理性进行了比选,初步提出了4种路基上有砟轨道与无砟轨道过渡段的设计方案,并运用车辆-轨道-路基耦合动力学理论,从轨道、列车的振动特性等方面对其合理性进行研究;此外还对高速铁路路基上有砟轨道与无砟轨道过渡段合理长度进行了初步研究。本文的研究对于我国高速铁路的设计具有一定的参考价值。