随着我国铁路的迅猛发展,铁路线路上不同结构物间的过渡问题愈来愈备受关注。其中,线路基础沉降已成为高速铁路可持续性发展的关键制约因素,尤其是过渡段区域的差异沉降,已成为影响高速列车行车平稳、舒适、安全的重要因素之一。因此,研究铁路过渡段轨下基础沉降病害整治技术具有重要工程意义。本文在综合分析国内外关于铁路过渡段沉降病害整治技术研究现状的基础上,针对铁路过渡段轨下基础沉降导致上部结构下沉的特点,研发了一种具备沉降自动补偿功能的新型钢枕,并通过室内试验验证了钢枕沉降自动补偿功能的可靠性;基于有限元法,建立了新型钢枕空间有限元模型,并在其结构强度分析的基础上对相关结构参数进行了优化;根据普通有砟轨道结构形式,分别建立了新型钢枕与传统混凝土枕轨道-路基空间有限元模型,对比分析了两种轨道结构的力学特性,并研究了钢枕轨道结构中关键结构参数对轨道结构受力特性的影响规律。本文主要研究工作和成果如下:(1)基于既有混凝土轨枕结构形式,研发出应用于铁路过渡段的能够实现沉降自动补偿功能的新型钢枕,并详细介绍了钢枕的结构特点及工作原理;在此基础上,对钢枕内沉降补偿装置进行了结构强度检算,并通过室内试验验证了钢枕沉降自动补偿功能的可靠性。结果表明:列车荷载作用下新型钢枕内沉降补偿装置结构的抗压、抗剪、屈服和疲劳强度均满足要求;该钢枕能够在轨下基础发生沉降的前提下实现沉降自动补偿功能。(2)利用有限元软件ANSYS,建立了钢枕三维空间模型,并在其结构强度分析的基础上对相关结构参数进行了优化,进而选取了钢枕结构参数的合理取值。结果表明:列车荷载作用下,随着沉降补偿量的递增,钢枕整体横向压应力和局部锯齿处各向拉、压应力均逐渐增大;钢枕在一定沉降补偿量下各向结构强度均满足要求;增大钢枕宽度能够减小钢枕整体横向压应力和锯齿处各向应力,建议钢枕宽度取值32cm~34cm;当钢枕顶板厚度取值大于3cm时,钢枕横向压应力超过强度限值,建议钢枕顶板厚度取值1cm~3cm;钢枕高度和钢枕底板厚度对钢枕整体和锯齿处强度影响均较小;钢枕侧板厚度对钢枕整体横向强度和锯齿处强度影响均较明显,建议侧板厚度取值2cm~4cm。(3)建立了车-轨耦合模型,并通过其计算了垂向轮轨力。根据既有线路有砟轨道结构形式,分别建立了钢枕和混凝土枕的轨道-路基空间有限元模型,通过施加垂向轮轨力的最大值,对比分析了钢枕与混凝土枕的轨道结构力学特性。结果表明:新型钢枕轨道在抵抗变形和抗弯性能方面优于传统混凝土枕轨道;总体上看,两种轨道结构中轨枕受力特性差异最大、钢轨和道床次之、路基最小;随着沉降补偿量的递增,钢枕结构应力随之减小,但钢轨弯矩和钢枕正弯矩有所增大,因此钢枕沉降补偿量大小应在合理范围内取值。(4)根据建立的钢枕轨道-路基空间有限元模型,研究了轨下胶垫刚度、钢枕间距、道床弹性模量等关键参数对钢枕轨道结构受力特性的影响。结果表明:随着轨下胶垫刚度的增大,钢轨的受力与变形均随之减小,但同时钢枕、道床和路基的受力与变形有所增大;减小钢枕间距能够减小轨道结构受力与变形,但钢枕间距太小会加大对道砟捣固的作业难度,增加养护维修工作量和维修成本;增大道床弹性模量可以减小轨道结构变形,但同时增大了钢枕和道床的受力。建议对轨下胶垫刚度、钢枕间距和道床弹性模量等参数综合考虑后合理选取。