7路基动力特性与稳定性分析解析

动荷载
荷载的分担作用 在轮载P作用下，钢轨的垂直挠曲线的
影响范围与轮栽力大小和钢轨、轨
枕、道床、路基等的刚度有关。刚度 大影响范围小,刚度小则影响范围大。 一般约为7根轨枕宽度,亦即轮栽力P由 7根轨枕分担。
分摊到每根轨枕面上的Βιβλιοθήκη Baidu承
力可通过有关计算解出。此
外,可采用简化假定:由于第 4根轨枕(向一侧排序)枕面
基床的动力特性
基床的动力特性意含两方面的内容: 一方面指基床对列车动荷载的响涉,及应力场、应变场、加速度场、 幅频特性、和动力学分析计算等内容，这些将不在本教材中讨论； 另一方面指基床土的疲劳特性与临界动应力慨念，它们是指基床设计 和既有线基床病害整治的基本思想。 铁路路基，尤其是高速铁路对基床表层需要特别加强，以提供更大的 刚度和强度；对既有线基床病害的整治也需要考虑适当的加固厚度。因
图8-7表明邻枕对压力分布的影响,从图中可见,当深度达到轨枕宽度 的3倍,既距轨底70cm左右时,沿线路纵向的压力分布就比较均匀了。
一般情况下路基面上的应力分布其最大值位于轨枕正下方(线路纵向)
或钢轨正下方(横断面方向)，而两侧最小。实计算时通常假设轨底应
力为均匀分布,并从两侧枕端以 角向下扩散,扩散角 约为30度至45 度，各国取值不同。
第八章 路基基床
路基的荷载
路基载荷 的含义及其组成
含义：铁路路基路基载荷是指作用在路基面上的力。 组成： 静载荷——线路上部分结构的重量作用在路基面上的应力； 动载荷——另一部分是列车行驶通过上部结构时传递到路基面上的 动压力。 普通铁路路基设计当须要考虑荷载的影响时,计算中静荷栽和动荷载一 并简化成静荷栽处理,既通常的换算土柱法。但是高速铁路的路基设计 必须进行动态分析,这就不能简单地把动荷载作为静荷载处理,此时，须 要计算列车动荷载的作用在路基中所产生的动应力的大小和分步规律。
此，从技术和经济上确定一个合理的基床表层厚度是十分重要的。
基床土的疲劳特性与临界动应力的慨念
基床土承受的荷载的列车产生的长期重复作用的动应力,在它的作用下， 基床的破坏或过大的有害变形不是短期发生的,而是长期累积发展的结果。 这就是疲劳破坏的表现形式。 图8-19 是西南交通大学采用成都黏土实验获得的相似实验结果。
参考以上日本的简化计算法,我国铁科院建议按图8-10的计算图式计 算路基面的最大动应力,并以此作为高速铁路路基的设计荷载。 当：
基面上的动应力沿深度的衰减
列车荷载以动应力波的形式通过道床传递到基床面,再向深层传播,在动 力波传播的过程中要消耗能量，或者说由于阻尼作用土要吸收能量,因 此,动应力沿深度的增加而衰减，
动应力沿线路纵向的分布特征
在列车荷载重复作用下，路基不良的动态行为是产生路基病害的 重要原因,因此分析动应力沿线路纵向的分布特征的影响是十分 重要的。 图8-12为某实测的多个轮载所产生的动应力沿纵向的典型分布特 征图 。
对路基面上某一点，每当一个轮轴 通过时都有一次加载和卸载循环， 卸载时的最小值P´与加载时的最大 值P之比值P´/P表示分布特征的不 均匀性，这种不均匀性反映了荷载 重复作用的次数，对于线路与机车 车辆之间具有理想匹配的情况,应 当使比P´/P最大。这样,每通过一 个转向架虽然有两个轮载力，但只 有一次应力变动(加、卸载)而不是 两次,因而大大延长线路的维修周 期.
考虑荷载分担作用后,单个轮载力传播到路基面上，沿线路纵向的动应 力分布如图所示,简化成了五个均布的矩形荷载,每矩形荷载的动应力可 按下式计算：
实际上路基面上的动应力分布是不均匀的，但是，计算路基面上动应 力分布的一个重要目的是在设计基床结构时计算路基面的弹性变形， 而按均布矩形荷载计算弹性变形是比较简便的。
的支承力已经很小,因此常
简化假定由5根轨枕分担,分 担到每根枕面上的支承力,
日本假定分别为0.4P、
0.2P及0.1P，如图8-5所 示。
路基面上的动应力
1．一般规律 图8-6表示单根轨枕在线路纵向 既轨枕横断面的方向上的传播情况， 左侧为木枕情况，右侧为钢筋混凝土 轨枕情况。 轨道顶面的支承力通过轨枕和道 床向下往路基中传播轨枕底面与道床 之间的接触压力，对于木枕可视为柔 性板,其接触应力大致为均布。混凝土 枕因为刚性大,视作刚性板,刚性板底 面接应力的分布比较复杂，其值约在 平均值的95%-125%范围。
静荷载——换算土柱法
1.列车(活)荷载标准 列车（活）荷载按规范规定采用《中华人民共和国铁路标活载》，简称 中-活载。 标准荷载的计算如图8-1所示。该活载通过轨传播到路基面上，在 横断面上的分布宽度自轨底两端向下按45度扩散角计算，如图8-2所示。
在横断面设计中，路堤、路堑 或挡土墙等 路基建筑物是按平 面问题考的。因此在横断面设 计的计算图式为沿线路纵向取 一单位厚度。这时作用在路基 面上的活载若安最不利情况计 算，则只需考重既可，不需要 考后面车辆部份的分布力。但 是重是集中力，因此在具体计 算水又把它简化成纵向均布的 线荷载，并假定每个重的分布 宽度等于距，最后得到沿纵向 作用在路基面上的列车 (活)荷载分布强度。
路基面的动应力与机车车辆的类型、轨道结构的标准、行车速度、 线路不平顺等多种因素有关。除可以通过理论计算确定之外，世界 各国均进行了大量的现场实测。
简化计算法
计算简化图
假设传播到路基面上的动应力在全部受荷面积上均匀分布，按此图式计 算出的是路基面上的平均动应力。
轮载力P是按动荷载计算的，既：
括号内第二项的序数0.5及0.3代表与速度有关的动力冲击系数,或称速 度影响系数，式（8-1）中的速度影响系数让步为0.5，我国铁道科学 研究院用0.4。
换算土柱 普通铁路路基设计中，对路基荷载作了两个简化假定:(1):把列车荷 载作为静荷载处理；(2)列车(活)荷载和轨道静荷载的总重P，简化为与路 基同质的土柱，均布的作用在路基面上。该土柱的高度称为换算高 度，
式中：a为土柱的宽度，按荷载扩散角45度计算； 为路基土的容重， 如图8-2所示。 换算土柱计算算例：如图8-3所示。