路基不均匀沉降对岔区无砟轨道结构力学特性的影响研究

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沉降变形的控制是路基上铺设无砟道岔的核心问题。由于道岔的结构特征和几何特征决定了其在高速运行条件下,列车和道岔的相互作用机理非常复杂,基础变形导致的道岔不平顺往往会大幅增加列车-道岔系统的动力响应,严重影响列车运行安全性、舒适性、平稳性。本文通过沉降地段轨道结构受力的准静态模拟,揭示出不均匀沉降地段无砟轨道结构的位移变形及应力分布变化情况,找出易受不均匀沉降影响而发生破坏的部位。本文采用通用有限元软件对不均匀沉降作用下路基岔区无砟轨道进行力学分析,钢轨采用弹性点支承梁单元模型,扣件采用点支承弹簧单元模拟,道岔板、砂浆层、支承层采用实体单元进行模拟,基础的支承采用非线性弹簧单元进行模拟,通过非线性弹簧刚度的变化来模拟路基不均匀沉降曲线的变化。本文假定路基变形按余弦曲线变化,据此进行模拟计算。本文模拟分析了岔区轨道结构在纵向不均匀沉降条件下位移变形及受力情况,首次考虑了岔区横向不均匀沉降的影响,分析了路基沉降区域不同沉降弦长、不同沉降幅值、不同列车速度对岔区无砟轨道结构位移变形及受力影响。主要工作如下:对路基不均匀沉降类型、控制标准及路基不均匀沉降区域轨道结构受力计算方法及研究现状、岔区无砟轨道基础变形引起的不平顺研究现状进行了调研和总结;运用ANSYS有限元软件建立路基-无砟道床-道岔静力计算分析模型和路基-无砟道床-道岔动力学瞬态分析模型,通过实体单元、质量单元、非线性弹簧的变形曲线的组合,分析路基不均匀沉降条件下轨道结构位移变形和受力情况,分析了纵向和横向不均匀沉降中沉降幅值、沉降弦长、列车速度对岔区轨道结构位移变形及受力影响,并找出不均匀沉降条件下轨道结构易受破坏的结构部位;按照保证轨道结构不出现空吊现象及道岔板最大应力不超过允许应力的原则,据此提出不均匀沉降限值;分析、总结不均匀沉降条件下岔区无砟轨道结构各部件响应规律。
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