第二章-2 路基动态特性及基床结构设计方法课件.pptVIP

基床结构设计方法的研究目标 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 中国高速铁路路基的构成(1) 中国高速铁路路基的构成(2) 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。 基床结构设计方法的研究 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 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? 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 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50～70kPa左右，最大值可达110kPa 路基面动应力的实测值(无砟) 由于荷载的扩散作用，动应力随着深度的增加而衰减 动应力沿深度的衰减可采用理论计算方法进行求解（计算法） 单层的均质土层，为局部荷载作用在弹性半无限体上的应力分布问题（Boussinesg解） 多层的均质土层，应采用多层系统理论进行计算 列车行驶时路基面产生的弹性变形 运营阶段由行车引起的基床累积下沉 路堤及地基产生的压密下沉 基床表层的疲劳破损及开裂破坏 日本铁路采用了强化基床表层的结构型式，最重要特点是基床表层有一层5cm厚的沥青混凝土。 为了保证沥青混凝土不致因弹性变形过大而产生绕曲开裂，采用了绕曲角θ的概念来进行控制 绕曲角θ： 0.002～0.003 弹性变形： 2.5 mm 道床和轨道上部结构的稳定性 基床较大的弹性变形会导致道床的流动，增加轨道养护维修的困难。 根据日本的经验，基床的弹性变形控制在4mm以内比较合适 由于我国目前尚无这些方面的经验， 在“暂行规定”中的设计控制值为3.5mm。 在动应力作用下路基面的累积下沉变形规律，我国缺乏高速条件下的实测数据。 中国基床压实标准： 表层K30≥ 190 MPa/m（级配碎石），厚30～ 70cm 底层K30≥ 110 MPa/m（细粒土） K30≥ 130 MPa/m（粗粒土） K30≥ 150 MPa/m（碎石土） 一般认为，累积下沉量在经过一段时间行车后(约一年)便能逐渐趋于稳定而不会继续发展。(注：累积下沉量还包括静荷载作用下的固结压缩沉降) 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 我国轨道专业取35? 日本和欧美多取45? 也有个别取20? 枕面支承力的分配分例(有碴) 日本 日本 中国 德国 可信度高的实测数很少！！！ 动应力沿深度的衰减 注：上述方法均没考虑土的阻尼作用也能导致动应力沿深度的衰减，而且随车速的增加其影响加大。 列车动应力和路基自重应力沿路基面下深度的分布 注：实际设计中应考虑基床土层的差异 注：考虑实际设计中基床土层的差异(日本) 基床表层厚度的确定方法(动强度控制法) 注：实际设计中应考虑基床土层的差异所引起的动强度的变化 累积应变0.3%时动应力与振次关系曲线 基床表层厚度的确定方法(变形控制法) 日本(有碴轨道) 基床表层厚度的确定方法(变形控制法) 基床底层强度与路基面下沉量的关系(基床表层厚度30cm) 路基的变形与控制标准 基面产生的弹性变形对使用性能的影响 基床表层的疲劳破损及开裂破坏 道床和轨道上部结构的稳定性 高速行车的安全性和舒适性 绕曲角θ解释示意图 高速行车的安全性和舒适性 采用列车与线路相互作用动力分析模型，分析不同基床刚度对车辆和线路振动特性的影响 车体的振动影响列车运行的平稳性和乘座的舒适性，是振动控制的主要指标 * 路基动态特性及基床结构设计方法西南交通大学