高速铁路路基动力特性和减振研究.pdfVIP

高速铁路路基动力特性及减振研究 彭雄志 李克钊《 (西南交通大学土木工程学院) K摘要l本文运用引入波传导单元和完全能量传递边界的动力有限元计算分析了道床、路 基及地基在高速列车荷载作用下的动力反应，并对隔振沟和隔振墙的隔振情况作了研究。 ＆关键词Ⅲ高速铁路；路基；动力特性；减振 l高速列车作用下线路振动特性 f日I f‘8 表1材料力学指标 p2‘}H2=P —I 怛臣∑：*nn 材料类型 弹性模 密度 泊桑 损耗系 ＼…‘ 量(MPa)(kg／m’)比 数％ 34300 1．3 L!!∑： 混凝土 2300O．30 道碴 200 18000．35 5 基床表层 65 16000．40 10 地基 基床底层 55 16000．40 10 70 16000．40 lO 地基 40 1500O．42 10 o～……二：、，—● 18 14000．45 20 6 12000．48 20 图1有限元计算区域 本文采用的LUJI模型[1,21的主要理论 基础是：将道床、路基和地基土视为粘弹性体，用波传导单元9懈三维系统转化为=维平 面单元系统，使用薄层单元【4】建立能量传递边界处理有限元区与无限远区之阃的影响问题， 对列车的移动荷载作了较好的处理，采用复反应分析法咀提高求解效率。 在本文中以“京沪高速铁路线路主要技术条件(暂定)”为基础，确定了一个参考情 况．其中：道床厚度0．5m(底碴O．2m，面碴0’3m)：基床厚度2．5m(表层0．Sm，底层 动荷圆频率50rad／s．有关材料参数见表l，道床、路基及地基计算区域的尺寸见图1。文 中参数未加说明时即为此种参考情况之值。 I．I道床特性对线路振动的影响 1．1．1道床刚度的影响 线路振动幅值随着道床刚度的增大而减小，见图2，但幅度较小，当刚度小于150MPa 时，将有较大的增加，故应加强道床的维护保证道床必要的刚度。 —、585—． 1．1．2道床厚度的影响 图6道床基床间加砼板后道床面的 图7道床面上竖向加速度及位移与 加速度与车速 路基刚度 小60％以上，且加速度的减小随车速提高而越发显著。 1．2路基特性对线路振动的影响 路基刚度提高时道床面上的动位移和动加速度皆减小。以路堤高2．5m，地基弹模为 ——586—— 40％，见图7。路基材料损耗系数rt增大时，位移和加速度稍有线性减小。路堤高度对位 移有较大影响，一般是位移值随着路堤增高而减小。 2高速铁路减振与隔振 2．1铁路减振原理 高速列车引起土体振动对环境的影响与振源及传播的途径有关。振源由列车、轨道、 枕木、道床、路基和地基共同组成的系统的特性，以及列车动荷来决定。此系统庞大复杂， 若将列车动荷对路基基床以上的影响近似地看作是一个弹簧一质量体系，在强迫振动时对 其基础的力的传递，其动力放大系数(即隔振系数)M可由F式求得：