[发明专利]一种有砟轨道高速铁路基床结构厚度的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁道工程技术领域，尤其涉及一种有砟轨道高速铁路基床结构厚度确定的方法。

背景技术

铁路路基承受的荷载是指作用在路基表面上的应力，包括轨道结构重量作用在路基面上的静荷载以及列车运行中通过车轮、轨道传递到路基面上的动荷载，是确定路基结构的重要依据。在高速铁路中随着列车速度的增大，路基承受的连续动荷载幅值将明显增大，路基荷载特征也将发生明显的变化，从而导致路基变形的增加。高速铁路对路基的工后沉降要求更为严格，因而对高速铁路路基提出了更高的要求和新的挑战。基床是铁路路基最重要的关键部位，也是受力最为复杂，最易破损的部位。基床厚度偏小，基床强度及支承刚度不足容易破损，降低铁路的运营寿命并影响列车的安全运行。基床厚度过厚，容易造成铁路修建成本过高，建设效率降低，形成浪费。因此需要合理的分析动荷载特征及其作用深度以确定基床的厚度。现有的基床厚度确定方法关键步骤主要有两步：首先明确相邻轨枕承担轮载力的分担作用；再根据车轮正下方轨枕承担的轮载力沿路基深度的传递特征，得出车辆荷载应力对路基的影响，进而得出基床结构的厚度。其存在的问题是：

一、确定轮载力在各轨枕的分担方法主要有以下四种：Winkler连续弹性地基无限长梁模型解析计算法；现场实测和室内模型试验法；数值分析模型计算法；荷载分担比工程经验假设法。

其中，Winkler连续弹性地基无限长梁法需将钢轨假定为放置在弹性轨枕上的无限长梁模型，并建立微分方程进行解析计算分析，该方法建立方程及求解计算都十分繁琐，计算时忽略了地基中的剪应力，因而无法考虑应力的扩散作用，而且计算时钢轨支座刚度、道床系数、路基模量等参数不易确定，同时这些参数的变异会对计算结果造成一定的影响，使计算结果存在较大的波动。现场实测和室内模型试验法需开展大量的现场实测与模型试验对轨枕分担轮载力规律进行研究，人力、物力及财力耗费巨大，成本较高。数值分析法通过建立钢轨与轨下基础的相互作用模型进行数值计算，该方法虽然计算较精确，但是建模比较麻烦，受参数影响较大，对计算资源有较高的要求，因此在一般工程应用中不常用。对于经验分析法，实际工程应用中常假定由5根轨枕分担轮载力的经验模型，每根轨枕分担轮载力的比例分别为0.1、0.2、0.4、0.2、0.1，该方法虽然简单明确，但是其荷载分担数值与实际情况有较大的差别。

二、确定相邻轨枕承担轮载力的分担作用后，将车轮正下方轨枕承担的轮载力按换算土柱法简算成与基床结构填料容重相同的一定土柱厚度及与道床面等宽的条形荷载，再按经验的应力扩散角方式将车辆荷载传递到路基面上，以确定车辆荷载应力对路基面的影响。但是传统的方法存在着诸多不足：1、应力扩散时只考虑了车轮正下方承担轮载力轨枕的应力传递，而未考虑相邻承担轮载力轨枕斜向扩散至车轮正下方位置对车轮正下方应力的影响，其车辆荷载应力计算结果偏低；2、计算轨枕枕底平均压力时考虑了轨枕枕底全截面受荷的模式，与轨枕枕底受力集中在车辆左、右轮钢轨正下方部位，轨枕枕底中间区域几乎不受力的情况不符。3、由于应力扩散时扩散角大小及扩散方式需要人为经验确定，因此导致了应力传递到路基面，路基面荷载分布形式的差异，路基面荷载分布形式不合理将会对计算结果造成较大的影响，计算精度无法保证。

以上分析可知，为满足高速铁路路基的设计和施工需要，亟需开发一种计算简单、结果准确的有砟轨道高速铁路基床结构厚度的确定方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种有砟轨道高速铁路基床结构厚度的确定方法，该方法计算简单，得出的基床结构厚度结果更准确，为有砟轨道高速铁路路基的设计、施工和维护提供更加准确、可靠的依据，从而既保证铁路的运营寿命及列车的安全运行，又能降低铁路的修建、维护成本，避免浪费。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种有砟轨道高速铁路基床结构厚度的确定方法，其步骤如下：

A、轮载力的分担

计算车轮下方的5根轨枕i承担的左轮载力P_ia、右轮载力P_ib：