【摘 要】
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有砟轨道是一种重要的轨道结构型式,具有建设成本低、自动化及机械化维修效率高等优点。然而,随着铁路运量需求的急剧增长,在高密度、高速度的列车动荷载冲击作用下,对散粒体道床的服役状态带来不利影响。同时我国铁路线路运营里程较长,线路穿越地震断裂带时,地震作用会加剧轨道结构的破坏,对列车的安全运行构成威胁。因此,有必要对地震作用下散粒体道床的振动响应和行车安全性展开研究。鉴于此,本文在分析国内外有砟轨道应
【基金项目】
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国家自然科学基金区域创新发展联合基金（编号:U19A20110）; 国家自然科学基金项目（编号:52162047）
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有砟轨道是一种重要的轨道结构型式,具有建设成本低、自动化及机械化维修效率高等优点。然而,随着铁路运量需求的急剧增长,在高密度、高速度的列车动荷载冲击作用下,对散粒体道床的服役状态带来不利影响。同时我国铁路线路运营里程较长,线路穿越地震断裂带时,地震作用会加剧轨道结构的破坏,对列车的安全运行构成威胁。因此,有必要对地震作用下散粒体道床的振动响应和行车安全性展开研究。鉴于此,本文在分析国内外有砟轨道应用和研究的基础上,基于离散元数值方法与多体动力学理论,建立了有砟轨道散粒体道床三维离散元模型和与之相互动力作用的列车动力学模型。对不同地震烈度条件下,列车通过时散粒体道床的动力稳定性和行车安全性进行研究。本文的主要工作和成果如下:1、采用铁路特级道砟、新Ⅲa混凝土轨枕、T60钢轨参数,通过“落雨法”对道床范围进行4种粒径的球形颗粒体填充,构建了包含84根轨枕,长50 m的散粒体道床宏观尺度模型。构建了包含车体、构架、轮对、轴箱等系统部件的车辆模型,并对车辆模型进行编组,建立列车模型。2、通过模拟计算球形道砟静态堆积角和道床横、纵向阻力,对散粒体道床模型的准确性进行验证。结果显示:道砟堆积角为30°,满足碎石道床1:1.75的边坡坡度要求;道床横、纵向阻力理论计算与实测一致。列车以200 km/h通过时的动力学仿真计算结果表明,钢轨、轨枕以及同一道床断面不同位置道砟的振动响应均在合理范围内。3、对国际典型地震波记录（Taft）进行规格化处理,调整其峰值分别为0.1g、0.2g、0.3g和0.4g,将调整后的地震波施加在道床底板质心处。分析列车以时速200km通过上述四种地震工况作用路段时道床底板、轨枕和道砟的振动响应,结果表明:随着地震烈度增大,轨道结构破坏趋势明显加剧,道床砟肩及边坡位置可能出现较大幅度的塌陷。4、研究了不同地震烈度条件下,车体的振动响应、轮轨力、脱轨系数和轮重减载率,来评价地震作用下的行车安全性。结果表明:随着地震烈度增大,车体横向加速度、轮轨横向力增大明显;在车速为200 km/h,地震等级为0.4g的条件下,轮重减载率在较长时间维持在1的状态,说明列车已经处于脱轨状态。
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