[發明專利]一種有砟軌道高速鐵路基床結構厚度的確定方法

有效

• 申請號: 201410084302.1
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103866664A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 羅強;呂文強;張良;蔣良濰;劉鋼;陳堅;張玉廣;張正;熊勇;趙明志
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: E01C1/00
• 分類號: E01C1/00;E01B3/00
• 代理公司: 成都博通專利事務所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本發明涉及鐵道工程技術領域，尤其涉及一種有砟軌道高速鐵路基床結構厚度確定的方法。

背景技術

鐵路路基承受的荷載是指作用在路基表面上的應力，包括軌道結構重量作用在路基面上的靜荷載以及列車運行中通過車輪、軌道傳遞到路基面上的動荷載，是確定路基結構的重要依據。在高速鐵路中隨著列車速度的增大，路基承受的連續動荷載幅值將明顯增大，路基荷載特征也將發生明顯的變化，從而導致路基變形的增加。高速鐵路對路基的工后沉降要求更為嚴格，因而對高速鐵路路基提出了更高的要求和新的挑戰。基床是鐵路路基最重要的關鍵部位，也是受力最為復雜，最易破損的部位。基床厚度偏小，基床強度及支承剛度不足容易破損，降低鐵路的運營壽命并影響列車的安全運行。基床厚度過厚，容易造成鐵路修建成本過高，建設效率降低，形成浪費。因此需要合理的分析動荷載特征及其作用深度以確定基床的厚度。現有的基床厚度確定方法關鍵步驟主要有兩步：首先明確相鄰軌枕承擔輪載力的分擔作用；再根據車輪正下方軌枕承擔的輪載力沿路基深度的傳遞特征，得出車輛荷載應力對路基的影響，進而得出基床結構的厚度。其存在的問題是：

一、確定輪載力在各軌枕的分擔方法主要有以下四種：Winkler連續彈性地基無限長梁模型解析計算法；現場實測和室內模型試驗法；數值分析模型計算法；荷載分擔比工程經驗假設法。

其中，Winkler連續彈性地基無限長梁法需將鋼軌假定為放置在彈性軌枕上的無限長梁模型，并建立微分方程進行解析計算分析，該方法建立方程及求解計算都十分繁瑣，計算時忽略了地基中的剪應力，因而無法考慮應力的擴散作用，而且計算時鋼軌支座剛度、道床系數、路基模量等參數不易確定，同時這些參數的變異會對計算結果造成一定的影響，使計算結果存在較大的波動。現場實測和室內模型試驗法需開展大量的現場實測與模型試驗對軌枕分擔輪載力規律進行研究，人力、物力及財力耗費巨大，成本較高。數值分析法通過建立鋼軌與軌下基礎的相互作用模型進行數值計算，該方法雖然計算較精確，但是建模比較麻煩，受參數影響較大，對計算資源有較高的要求，因此在一般工程應用中不常用。對于經驗分析法，實際工程應用中常假定由5根軌枕分擔輪載力的經驗模型，每根軌枕分擔輪載力的比例分別為0.1、0.2、0.4、0.2、0.1，該方法雖然簡單明確，但是其荷載分擔數值與實際情況有較大的差別。

二、確定相鄰軌枕承擔輪載力的分擔作用后，將車輪正下方軌枕承擔的輪載力按換算土柱法簡算成與基床結構填料容重相同的一定土柱厚度及與道床面等寬的條形荷載，再按經驗的應力擴散角方式將車輛荷載傳遞到路基面上，以確定車輛荷載應力對路基面的影響。但是傳統的方法存在著諸多不足：1、應力擴散時只考慮了車輪正下方承擔輪載力軌枕的應力傳遞，而未考慮相鄰承擔輪載力軌枕斜向擴散至車輪正下方位置對車輪正下方應力的影響，其車輛荷載應力計算結果偏低；2、計算軌枕枕底平均壓力時考慮了軌枕枕底全截面受荷的模式，與軌枕枕底受力集中在車輛左、右輪鋼軌正下方部位，軌枕枕底中間區域幾乎不受力的情況不符。3、由于應力擴散時擴散角大小及擴散方式需要人為經驗確定，因此導致了應力傳遞到路基面，路基面荷載分布形式的差異，路基面荷載分布形式不合理將會對計算結果造成較大的影響，計算精度無法保證。

以上分析可知，為滿足高速鐵路路基的設計和施工需要，亟需開發一種計算簡單、結果準確的有砟軌道高速鐵路基床結構厚度的確定方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種有砟軌道高速鐵路基床結構厚度的確定方法，該方法計算簡單，得出的基床結構厚度結果更準確，為有砟軌道高速鐵路路基的設計、施工和維護提供更加準確、可靠的依據，從而既保證鐵路的運營壽命及列車的安全運行，又能降低鐵路的修建、維護成本，避免浪費。

本發明實現其發明目的所采用的技術方案是，一種有砟軌道高速鐵路基床結構厚度的確定方法，其步驟如下：

A、輪載力的分擔

計算車輪下方的5根軌枕i承擔的左輪載力P_ia、右輪載力P_ib：