重载铁路路基基床结构动力分析
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２４ ０ ０ ｋ ｇ ／ｍ ．
基基 床结 构提 出更 高 的要 求 ； 如 何 提 高 路 基 的 承
载能力 和 稳定性 ， 减 少路 基病 害 的发生 ， 已成 为重
基床
基 床顶面宽度 ６ ． ８ ｍ， 边 坡 坡 度 １：
载铁路 发 展 中亟待解 决 的重要 问题 ¨ ６ ．
动力荷 载
国Ｃ ８ ０货 车荷 载分 布 工 况 ， 并 采 用 一个 有 周 期 特 点 的激振力 函数 来模 拟列 车动 力荷载 的取 值 ．
距 １ ７ ６ ０根／ ｋ ｍ， 弹性模量 ３ ． ５ ｅ ４ ＭＰ ａ ， 泊 松 比 为
柴 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ １ ． １ ６
０ ． １ ６ ７ ， 密度 ２ ７ ５ ０ ｋ ｇ ／ ｍ ， 埋 置厚度 ０ ． １ ９ ｍ．
道砟
碎 石 道砟 ， 顶 面宽 度 ３ ． ４ ｍ， 厚度 ０ ． ３
ｍ， 边坡 坡度 １ ：１ ． ７ ５ ．弹性模 量 １ ４ ０ ＭＰ ａ ， 泊松 比 ０ ． ２ ７ ， 阻尼 系 数 ５ ． ８ ｅ ４ Ｎ・ ｓ ／ ｍ， 厚度 ０ ． ３ ｍ， 密 度
第３ ４卷 第 ４期 ２ ０ １ ３年 ８月
大
连
交 通 大
学
学 报
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ４ Ａｕｇ ． ２ ０１ ３
Ｊ ０ＵＲＮ ＡＬ ＯＦ ＤＡＬ Ｉ Ａ Ｎ Ｊ Ｉ ＡＯ Ｔ ＯＮＧ ＵＮ Ｉ ＶＥＲ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ
文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ９ ５ ９ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ７ ７ — ０ ４
第３ ４卷
作用 下 的基 床结 构 动 力 响应 分 析 ， 得 出 基床 结 构 在动 力荷 载作 用下 的变化规 律 ， 如下 ： （ １ ） 随着基床 结 构 弹性 模 量 、 密度 的增 大 ， 基 床结 构在 轨道 动力荷 载作 用下 的应力 累计叠 加更 为 强烈 ， 轨道对 应位 置基 床断 面应力较 为集 中 ， 逐
渐 向基床 两侧 减小 ；
［ ２ ］ 常卫华．３ ０吨轴重重 载铁路轨 道结构 力学特性 研究 ［ Ｊ ］．北京交通大学学报 ， ２ ０ ０ ９ ， ６ （ １ ） ： １ ９ － ２ ４ ． ［ ３ ］ 叶阳升 ， 周 镜．铁路路基结 构设 计的探讨 ［ Ｄ］ ．北京 ：
铁道科学研究 ８ ８ 一） ， 男， 硕 士研 究生 ； 马云东 （ １ ９ ６ ４一） ， 男， 教授 ， 博士 ， 主要从 事工程力学 、 结构工程 的研究
Ｅ－ ｍａ ｉ ｌ ： ｃ ａ ｏ ｇ ａ ｎｇ ７２ ３＠ １ ６ ３．ｃ ｏ ｍ．
大 连 交 通 大 学 学 报
扣 件及 轨下 胶 垫 轨枕 弹 条 Ⅱ型 扣 件 ， 垂 直 刚度 １ ． ２ ｅ ８ Ｎ ／ ｍ， 阻尼系数 ８ ｅ ４ Ｎ・ ｓ ／ ｍ， 厚度 ４ ０ ｍ ｍ． ２ ． ６ ｍ 长 Ⅲ型 有 挡 肩 混 凝 土 轨 枕 ， 间
坡率 ， 视其 为半 空 间无 限大平 面 ， 采用全部约束 ．
［ ４ ］ 刘放 民 ， 薄长顺 ．朔黄铁路重 载路基基 床加 固技 术研 究［ Ｍ］ ．北京 ： 中国铁道出版社 ， ２ ０ ０ １ ： ４ ５ － ４ ９ ． ［ ５ ］ 张 千里 ．高 速铁 路 路 基 基 床结 构 分 析 及设 计 方 法 ［ Ｄ］ ．北京 ： 铁道科学研究 院 铁道建筑研究所 ， ２ ０ １ ０ ． ［ ６ ］ 韩 自力．不 同基床表 层结 构及路 基轨 道动 态试验研 究 ［ Ｄ］ ．北京 ： 铁道科学研究 院 ， ２ ０ ０ ３ ． ［ ７ ］Ｋ Ｕ Ａ Ｎ Ｇ — Ｈ Ａ Ｎ Ｃ ＨＵ ．Ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ［ Ｊ ］ ．Ｒ ａ ｉ ｌ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， １ ９ ９ ７ ， ７（ １ ） ： ８ ２ —
道一路基 系统三维有 限元模 型 ， 进 行列车 动力荷 载 作用下 的结构分析 ， 以列 车车速 ８ ０ ｋ ｍ ／ ｈ 、 加 载时间
１ Ｓ的路基 段作 为 试算 ， 分 析不 同基床 结 构控 制 参
数的动力特 』 生变化规律 ， 更 好地为研究 重 载铁路 路
基 的力学性 能提供技术 支持和数据分 析 ．
重 载 铁 路 路 基 基 床 结 构 动 力 分 析
曹刚 ， 马云 东
（ 大连交通大学 土木与安全工程学院 ， 辽 宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ８ ） 米
摘
要： 通过 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有限元软件建立轨道一路基 系统三维 模型 ， 分析 重载铁路 路基基 床结构在 动力荷
载作用 下的变化规律 ， 为研究重 载铁路路 基的力学性能提供技术支持． 随着基床弹性模量 、 密度 的增 大 ， 基床应力 累计叠 加逐 步增 大 ， 基床沉 降累计变形逐 步减 小 ， 基床振动 幅度不断增大 ， 振动趋势逐渐 平缓 ，
１ 建立勒道 一 路基 系统三维有限元模型
１ ． １ 计算 参数 钢轨 标 准轨距 １ ． ４ ３ ５ ｍ， 重６ ０ ｋ ｇ ／ ｍ 的无缝 地基 非 渗水 土路堤 ， 不考虑 地基变形及 地面 执行 ３ ０ ｔ 轴 重荷 载 标 准 ， 参 照 我
钢轨 ， 弹性 模量 为 ２ ． ０ ６ ｅ ５ ＭＰ ａ ， 泊 松 比为 ０ ． ３ ， 密 度７ ８ ５ ０ ｋ ｇ ／ ｍ。 ．
抵抗变 形能力减弱．
关键词 ： 重载铁路 ； 路基基 床 ； 轨道一路基 系统 ； 结构动力分析
文献标识码 ： Ａ
０ 概 述
随着 经济 的快 速 发展 ， 重载 铁 路 以其 极 高 的 运输 效 率 和 可 观 的利 润前 景 ， 备受世界瞩 目 引． 随着 列车 重量 和 行 车 密度 的增 大 ， 对 重 载 铁 路 路
通过分析 比较 重 载铁路 路 基基 床 的结 构形 式
１ ． ５ ； 基 床表 层厚 度 ０ ． ９ ｍ， 底 层厚 度 １ ． ６ ｍ， 总 厚 度２ ． ５ ｍ． 其 控制参 数分 三组 计算 ， 详见 表 １ ．
表 １ 三组 基 床 控 制 参 数
及控制参 数 ， 利用有 限元 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软件 ， 对 建立 的轨
基基 床结 构提 出更 高 的要 求 ； 如 何 提 高 路 基 的 承
载能力 和 稳定性 ， 减 少路 基病 害 的发生 ， 已成 为重
基床
基 床顶面宽度 ６ ． ８ ｍ， 边 坡 坡 度 １：
载铁路 发 展 中亟待解 决 的重要 问题 ¨ ６ ．
动力荷 载
国Ｃ ８ ０货 车荷 载分 布 工 况 ， 并 采 用 一个 有 周 期 特 点 的激振力 函数 来模 拟列 车动 力荷载 的取 值 ．
距 １ ７ ６ ０根／ ｋ ｍ， 弹性模量 ３ ． ５ ｅ ４ ＭＰ ａ ， 泊 松 比 为
柴 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ １ ． １ ６
０ ． １ ６ ７ ， 密度 ２ ７ ５ ０ ｋ ｇ ／ ｍ ， 埋 置厚度 ０ ． １ ９ ｍ．
道砟
碎 石 道砟 ， 顶 面宽 度 ３ ． ４ ｍ， 厚度 ０ ． ３
ｍ， 边坡 坡度 １ ：１ ． ７ ５ ．弹性模 量 １ ４ ０ ＭＰ ａ ， 泊松 比 ０ ． ２ ７ ， 阻尼 系 数 ５ ． ８ ｅ ４ Ｎ・ ｓ ／ ｍ， 厚度 ０ ． ３ ｍ， 密 度
第３ ４卷 第 ４期 ２ ０ １ ３年 ８月
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交 通 大
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Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ４ Ａｕｇ ． ２ ０１ ３
Ｊ ０ＵＲＮ ＡＬ ＯＦ ＤＡＬ Ｉ Ａ Ｎ Ｊ Ｉ ＡＯ Ｔ ＯＮＧ ＵＮ Ｉ ＶＥＲ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ
文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ９ ５ ９ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ７ ７ — ０ ４
第３ ４卷
作用 下 的基 床结 构 动 力 响应 分 析 ， 得 出 基床 结 构 在动 力荷 载作 用下 的变化规 律 ， 如下 ： （ １ ） 随着基床 结 构 弹性 模 量 、 密度 的增 大 ， 基 床结 构在 轨道 动力荷 载作 用下 的应力 累计叠 加更 为 强烈 ， 轨道对 应位 置基 床断 面应力较 为集 中 ， 逐
渐 向基床 两侧 减小 ；
［ ２ ］ 常卫华．３ ０吨轴重重 载铁路轨 道结构 力学特性 研究 ［ Ｊ ］．北京交通大学学报 ， ２ ０ ０ ９ ， ６ （ １ ） ： １ ９ － ２ ４ ． ［ ３ ］ 叶阳升 ， 周 镜．铁路路基结 构设 计的探讨 ［ Ｄ］ ．北京 ：
铁道科学研究 ８ ８ 一） ， 男， 硕 士研 究生 ； 马云东 （ １ ９ ６ ４一） ， 男， 教授 ， 博士 ， 主要从 事工程力学 、 结构工程 的研究
Ｅ－ ｍａ ｉ ｌ ： ｃ ａ ｏ ｇ ａ ｎｇ ７２ ３＠ １ ６ ３．ｃ ｏ ｍ．
大 连 交 通 大 学 学 报
扣 件及 轨下 胶 垫 轨枕 弹 条 Ⅱ型 扣 件 ， 垂 直 刚度 １ ． ２ ｅ ８ Ｎ ／ ｍ， 阻尼系数 ８ ｅ ４ Ｎ・ ｓ ／ ｍ， 厚度 ４ ０ ｍ ｍ． ２ ． ６ ｍ 长 Ⅲ型 有 挡 肩 混 凝 土 轨 枕 ， 间
坡率 ， 视其 为半 空 间无 限大平 面 ， 采用全部约束 ．
［ ４ ］ 刘放 民 ， 薄长顺 ．朔黄铁路重 载路基基 床加 固技 术研 究［ Ｍ］ ．北京 ： 中国铁道出版社 ， ２ ０ ０ １ ： ４ ５ － ４ ９ ． ［ ５ ］ 张 千里 ．高 速铁 路 路 基 基 床结 构 分 析 及设 计 方 法 ［ Ｄ］ ．北京 ： 铁道科学研究 院 铁道建筑研究所 ， ２ ０ １ ０ ． ［ ６ ］ 韩 自力．不 同基床表 层结 构及路 基轨 道动 态试验研 究 ［ Ｄ］ ．北京 ： 铁道科学研究 院 ， ２ ０ ０ ３ ． ［ ７ ］Ｋ Ｕ Ａ Ｎ Ｇ — Ｈ Ａ Ｎ Ｃ ＨＵ ．Ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ［ Ｊ ］ ．Ｒ ａ ｉ ｌ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， １ ９ ９ ７ ， ７（ １ ） ： ８ ２ —
道一路基 系统三维有 限元模 型 ， 进 行列车 动力荷 载 作用下 的结构分析 ， 以列 车车速 ８ ０ ｋ ｍ ／ ｈ 、 加 载时间
１ Ｓ的路基 段作 为 试算 ， 分 析不 同基床 结 构控 制 参
数的动力特 』 生变化规律 ， 更 好地为研究 重 载铁路 路
基 的力学性 能提供技术 支持和数据分 析 ．
重 载 铁 路 路 基 基 床 结 构 动 力 分 析
曹刚 ， 马云 东
（ 大连交通大学 土木与安全工程学院 ， 辽 宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ８ ） 米
摘
要： 通过 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有限元软件建立轨道一路基 系统三维 模型 ， 分析 重载铁路 路基基 床结构在 动力荷
载作用 下的变化规律 ， 为研究重 载铁路路 基的力学性能提供技术支持． 随着基床弹性模量 、 密度 的增 大 ， 基床应力 累计叠 加逐 步增 大 ， 基床沉 降累计变形逐 步减 小 ， 基床振动 幅度不断增大 ， 振动趋势逐渐 平缓 ，
１ 建立勒道 一 路基 系统三维有限元模型
１ ． １ 计算 参数 钢轨 标 准轨距 １ ． ４ ３ ５ ｍ， 重６ ０ ｋ ｇ ／ ｍ 的无缝 地基 非 渗水 土路堤 ， 不考虑 地基变形及 地面 执行 ３ ０ ｔ 轴 重荷 载 标 准 ， 参 照 我
钢轨 ， 弹性 模量 为 ２ ． ０ ６ ｅ ５ ＭＰ ａ ， 泊 松 比为 ０ ． ３ ， 密 度７ ８ ５ ０ ｋ ｇ ／ ｍ。 ．
抵抗变 形能力减弱．
关键词 ： 重载铁路 ； 路基基 床 ； 轨道一路基 系统 ； 结构动力分析
文献标识码 ： Ａ
０ 概 述
随着 经济 的快 速 发展 ， 重载 铁 路 以其 极 高 的 运输 效 率 和 可 观 的利 润前 景 ， 备受世界瞩 目 引． 随着 列车 重量 和 行 车 密度 的增 大 ， 对 重 载 铁 路 路
通过分析 比较 重 载铁路 路 基基 床 的结 构形 式
１ ． ５ ； 基 床表 层厚 度 ０ ． ９ ｍ， 底 层厚 度 １ ． ６ ｍ， 总 厚 度２ ． ５ ｍ． 其 控制参 数分 三组 计算 ， 详见 表 １ ．
表 １ 三组 基 床 控 制 参 数
及控制参 数 ， 利用有 限元 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软件 ， 对 建立 的轨