[發明專利]高速鐵路列車-軌道-樁板結構的動力耦合分析方法

有效

• 申請號: 201310288952.3
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103310079B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: 肖宏;高亮;彭華;蔡小培;井國慶;王洪剛;曹宇澤;岳會婷
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

技術領域

本發明屬于鐵道工程設計技術領域，特別涉及高速鐵路列車-軌道-樁板結構的動力耦合分析方法。

背景技術

目前，我國的高速鐵路技術在國際上處于領先地位。采用樁板結構的新型路基已經在現有的高速鐵路中廣泛應用。在實際工程實踐中，通常采用現有技術的靜態方法或準靜態方法設計樁板結構。由于靜態方法和準靜態方法均不考慮承載板下方的土體對承載板的支承作用以及土體對樁的約束作用，通常采用梁體模型進行設計，從而導致樁板結構的造價較高。工程實踐表明，樁板結構在列車動荷載作用下比其在靜荷載作用下受到的作用力較大；并且在列車動荷載作用下，采用樁板結構的新型路基的動力響應的傳遞和衰減規律與傳統的路基不同。現有技術的靜態方法和準靜態方法均不能解決樁板結構在列車動荷載作用下的上述技術問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種高速鐵路列車-軌道-樁板結構的動力耦合分析方法。

本發明的技術方案如下：

本發明提供的高速鐵路列車-軌道-樁板結構的動力耦合分析方法包括如下步驟：

應用ABAQUS軟件對高速列車車輛的結構、無砟軌道結構和樁板結構進行模擬仿真，建立高速鐵路列車-軌道-樁板結構的空間耦合動力學模型；

對該空間耦合動力學模型進行動力學分析。

優選地，所述步驟“應用ABAQUS軟件對高速列車車輛的結構、無砟軌道結構和樁板結構進行模擬仿真，建立高速鐵路列車-軌道-樁板結構的空間耦合動力學模型”包括如下子步驟：建立高速列車車輛的多剛體模型，且該多剛體模型包括車體、轉向架、輪對、一系懸掛和二系懸掛；選用ABAQUS軟件的實體單元對鋼軌進行模擬，根據實際的鋼軌截面的形狀和尺寸建立鋼軌模型，建立鋼軌模型時要考慮鋼軌的截面積、慣性矩、扭轉彎矩、縱向線位移、橫向線位移、垂向線位移、轉角和軌底坡；采用ABAQUS軟件的彈簧單元對扣件進行模擬，考慮扣件的縱向剛度、橫向剛度和垂向剛度；按照LM磨耗型踏面建立輪對的踏面模型，輪軌的接觸類型采用ABAQUS軟件的面對面接觸類型，該面對面接觸類型的主面為車輪踏面，其從面為軌頭上表面和軌頭內側表面；采用ABAQUS軟件的實體單元對軌道板、砂漿填充層和支撐層進行模擬，考慮軌道板、砂漿填充層和支撐層的幾何尺寸和物理屬性；采用ABAQUS軟件的實體單元對樁板結構進行模擬，考慮樁板結構的幾何尺寸和物理屬性；采用摩爾-庫倫本構模型和ABAQUS軟件的實體單元對路基土體進行模擬，考慮現場勘測的土體參數；采用庫侖摩擦模型對樁土接觸進行模擬，考慮接觸面的摩擦系數。

優選地，所述步驟“采用ABAQUS軟件的實體單元對軌道板、砂漿填充層和支撐層進行模擬，考慮軌道板、砂漿填充層和支撐層的幾何尺寸和物理屬性”以及所述步驟“采用ABAQUS軟件的實體單元對樁板結構進行模擬，考慮樁板結構的幾何尺寸和物理屬性”的物理屬性包括彈性模量和泊松比。

優選地，所述步驟“對該空間耦合動力學模型進行動力學分析”包括如下子步驟：計算得到包括輪軌力、車體垂向加速度和車體橫向加速度的動力學安全性指標；計算得到包括鋼軌加速度、鋼軌垂向位移和鋼軌橫向位移的鋼軌動力學計算結果；計算得到包括軌道板垂向加速度、軌道板垂向位移和軌道板動應力的無砟軌道結構動力學計算結果；計算得到包括承載板和樁的垂向加速度、垂向位移、橫向位移、動應力的樁板結構動力學計算結果。

優選地，所述無砟軌道結構包括鋼軌、扣件、軌道板、砂漿填充層和支撐層。

優選地，所述樁板結構包括多個樁和設置于該多個樁頂端的承載板。

本發明具有如下有益效果：

(1)本發明的方法考慮了承載板下方的土體對承載板的支承作用以及土體對樁的約束作用，使得樁板結構的造價明顯降低；

(2)采用本發明的方法建立的高速鐵路列車-軌道-樁板結構空間耦合動力學模型，結構更加完善，模型更加細致，各項參數均可以按照實際設計參數和現場勘測數據取值，可以得到各細部結構在動力學條件下的計算結果，能有效指導樁板結構的合理設計、鋪設和養護維修等；

(3)本發明可以彌補高速鐵路樁板結構動力分析研究的不足，有助于形成我國高速鐵路樁板結構的技術條件，完善我國高速鐵路技術體系，研究成果將直接服務于我國高速鐵路的建設，具有重要的理論與現實意義。

附圖說明

圖1為高速鐵路列車車輛的多剛體模型圖；

圖2為鋼軌實體單元模型圖；

圖3為輪軌接觸關系的示意圖；

圖4為輪軌接觸力與鋼軌壓縮量的關系曲線圖；