桩板结构无砟轨道无缝道岔力学特性研究
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摘要
摘要：桩板结构是高速铁路无砟轨道一种新的下部基础结构型式,由钢筋混凝土桩、路基土体和钢筋混凝土承载板组成。桩板结构充分利用桩-土、板-土之间的共同作用来满足无砟轨道的强度和沉降变形要求。目前,高速铁路建设中桥梁的比重大,其上铺设无缝道岔的工程实例和理论研究也有很多。但是由于道岔与桥梁相互作用问题复杂,无缝道岔铺设于桥梁上还存在很多问题。而桩板结构兼具路基与桥梁的优点,在其上铺设无缝道岔还没有相关方面的理论研究,基于此,本文对桩板结构上铺设无缝道岔问题进行理论研究,分析桩板结构上无缝道岔力学特性,为工程实践提供理论指导。本文主要开展了如下几方面的研究工作：
(1)研究了桩板结构上无砟轨道无缝道岔基本力学特性
建立桩板结构无砟轨道无缝道岔空间耦合模型,分析和得到了其在温度和垂向和纵向车辆荷载作用下的受力和变形规律,并与路基、桥梁无砟轨道无缝道岔做了对比。结果表明：桩板结构无砟轨道无缝道岔受力与变形兼具路基无砟轨道无缝道岔与桥梁无砟轨道无缝道岔的特点,但更接近路基。
(2)分析了温度力作用下桩板结构无砟轨道无缝道岔主要影响因素
分别讨论了轨道结构因素和桩板结构因素对无缝道岔力学特性的影响。结果表明：轨道结构因素中尖轨跟端结构型式、轨温变化幅度对无缝道岔力学特性有较大影响；桩板结构因素对无缝道岔力学特性影响较小
(3)分析了车辆荷载作用下桩板结构无砟轨道无缝道岔主要影响因素
分析讨论了桩板结构因素,如桩间距、路基土体、承载板厚度、桩沉降等对无缝道岔在车辆荷载作用下的力学特性影响。结果表明：桩间土体影响最小,桩沉降影响最大,桩间距和承载板厚度变化均有一定程度的影响。
ABSTRACT:Pile-plate structure is a new substructure type for ballastless slab used in high-speed railway, composed with reinforced concrete piles, plate, and subgrade soil. Pile-plate structure takes full advantages of the interaction between piles and soil and the interaction plate and soil to meet the strength and settlement requirements of ballastless track. Currently, high-speed railway in a large proportion is bridge, on which lay the welded turnout has a lot of examples and theoretical research. However, there are also many questions about welded turnout layed on bridge due to the complex interaction of turnout and bridge. The pile-plate structure has both advantages of foundation and bridge and there has been no theoretical research about welded turnout layed on it, based on which, the paper carried out research on the mechanical characteristics of welded turnout layed on pile-plate structure to provide theoretical direction for engineering practice. This paper carried out research in the following aspects:
(1).Studied the basic mechanical properties of welded turnout layed on ballastless slab on pile-plate structure
Space coupled model of pile-plate structure with welded turnout on ballastless slab on it was established. The law of reaction and deformation of welded turnout on pile-plate structure under temperature force and vertical and longitudinal vehicle force was analyzed and was compared with that of welded turnout on subgrade and bridge. The results showed:the mechanical properties of welded turnout layed on pile-plate structure had both the properties of that layed on subgrade and that layed on bridge, but closer to that layed on subgrade.
(2).Analyzed the main factors of welded turnout on pile-plate structure under temperature force
The track factors and pile-plate structure factors on the mechanical properties of welded turnout on pile-plate structure were studied. The result showed:the style structure at switch rail and rail temperature changes had great influence; pile structure factors were less affected.
(3).Analyzed the main factors of welded turnout on pile-plate structure under vehicle force
Pile-plate structure factors, such as pile spacing, subgrade soil, bearing plate thickness, pile settlement on the mechanical characteristics of welded turnout on pile-plate structure were analyzed. The results showed:the subgrade soil had the minimal affection, the pile settlement affected most and pile spacing and bearing plate thickness were to a certain extent.
(1)研究了桩板结构上无砟轨道无缝道岔基本力学特性
建立桩板结构无砟轨道无缝道岔空间耦合模型,分析和得到了其在温度和垂向和纵向车辆荷载作用下的受力和变形规律,并与路基、桥梁无砟轨道无缝道岔做了对比。结果表明：桩板结构无砟轨道无缝道岔受力与变形兼具路基无砟轨道无缝道岔与桥梁无砟轨道无缝道岔的特点,但更接近路基。
(2)分析了温度力作用下桩板结构无砟轨道无缝道岔主要影响因素
分别讨论了轨道结构因素和桩板结构因素对无缝道岔力学特性的影响。结果表明：轨道结构因素中尖轨跟端结构型式、轨温变化幅度对无缝道岔力学特性有较大影响；桩板结构因素对无缝道岔力学特性影响较小
(3)分析了车辆荷载作用下桩板结构无砟轨道无缝道岔主要影响因素
分析讨论了桩板结构因素,如桩间距、路基土体、承载板厚度、桩沉降等对无缝道岔在车辆荷载作用下的力学特性影响。结果表明：桩间土体影响最小,桩沉降影响最大,桩间距和承载板厚度变化均有一定程度的影响。
ABSTRACT:Pile-plate structure is a new substructure type for ballastless slab used in high-speed railway, composed with reinforced concrete piles, plate, and subgrade soil. Pile-plate structure takes full advantages of the interaction between piles and soil and the interaction plate and soil to meet the strength and settlement requirements of ballastless track. Currently, high-speed railway in a large proportion is bridge, on which lay the welded turnout has a lot of examples and theoretical research. However, there are also many questions about welded turnout layed on bridge due to the complex interaction of turnout and bridge. The pile-plate structure has both advantages of foundation and bridge and there has been no theoretical research about welded turnout layed on it, based on which, the paper carried out research on the mechanical characteristics of welded turnout layed on pile-plate structure to provide theoretical direction for engineering practice. This paper carried out research in the following aspects:
(1).Studied the basic mechanical properties of welded turnout layed on ballastless slab on pile-plate structure
Space coupled model of pile-plate structure with welded turnout on ballastless slab on it was established. The law of reaction and deformation of welded turnout on pile-plate structure under temperature force and vertical and longitudinal vehicle force was analyzed and was compared with that of welded turnout on subgrade and bridge. The results showed:the mechanical properties of welded turnout layed on pile-plate structure had both the properties of that layed on subgrade and that layed on bridge, but closer to that layed on subgrade.
(2).Analyzed the main factors of welded turnout on pile-plate structure under temperature force
The track factors and pile-plate structure factors on the mechanical properties of welded turnout on pile-plate structure were studied. The result showed:the style structure at switch rail and rail temperature changes had great influence; pile structure factors were less affected.
(3).Analyzed the main factors of welded turnout on pile-plate structure under vehicle force
Pile-plate structure factors, such as pile spacing, subgrade soil, bearing plate thickness, pile settlement on the mechanical characteristics of welded turnout on pile-plate structure were analyzed. The results showed:the subgrade soil had the minimal affection, the pile settlement affected most and pile spacing and bearing plate thickness were to a certain extent.
引文
[1]詹永祥.高速铁路无砟轨道桩板结构路基设计理论及试验研究[D].四川：西南交通大学,2007.
[2]肖宏,郭丽娜.桩板结构技术应用研究[J].铁道标准设计.2010(2).
[3]Pekka Toivola, Anttoni Vesterinen. real time safety and structural stability monitoring of a reconstructed concrete slab railway embankment on a soft ground after its collapse. Symposium "Keep Concrete Attractive", Budapest 2005.
[4]R.F. Woldringh, B.M. New.Embankment design for high speed trains on soft soils Conception de remblais sur sols meubles pour les chemins de fer a grande vitesse. Geotechnical Engineering for Transportation Infrastructure, Barends et al. (eds)(?) 1999 Balkema, Rotterdam
[5]Hans Bachmann, Winfried mohr, Fh martin Kowalski. The Rheda2000 ballastless track system [J]. european railway review,2003 (1)
[6]王忠文,徐鹤寿.德国纽伦堡-英格尔施塔特新建线的无砟轨道[J].中国铁路,2006(6).
[7]贾振功.无砟轨道桩板结构路基施工技术[J].国防交通工程与技术,2008.4
[8]苏谦,李安洪,丁兆锋,崔维秀.郑西客运专线深厚湿陷性黄土地基桩板结构设计分析[J].铁道建筑技术,2007(2).
[9]李军,京津城际铁路[J].轨道交通,2008.8
[10]张岷.道岔区无砟轨道连续道床板力学分析[D].四川：西南交通大学,2006..
[11]王平,刘学毅.无缝道岔计算理论与设计方法[M].四川：西南交通大学出版社.2007.
[12]李粮余.桥上无缝道岔无砟轨道基础选型研究[D].四川：西南交通大学.2007.
[13]杨荣山.桥上无缝道岔纵向力计算理论与试验研究[D].四川：西南交通大学.2008.
[14]陶凯.客运专线桥上无缝道岔空间力学特性的研究[D].北京：北京交通大学.2007.
[15]章根德.土的本构模型及其工程应用[M].北京：科学出版社,1995.
[16]李成辉.轨道[M].成都：西南交通大学出版社.2005
[17]广钟岩,高惠安.铁路无缝线路[M].北京：中国铁道出版社.2005.2
[18]卢耀荣.无缝线路研究与应用.北京：中国铁道出版社.2004.10
[19]郝文化.ANSYS土木工程应用实例[M].北京：中国水利出版社.2005
[20]阚前华,谭长建等.ANSYS高级工程应用实例分析与二次开发[M].北京：电子工业出版社.2006
[21]曾巧玲,崔江余等.基础工程[M].北京：清华大学出版社,北京交通大学出版社.2007
[22]何华武.我国应大力发展无砟轨道[J].中国铁路.2005
[23]禹雷,张继文等.高速铁路桥上新型无砟轨道板设计与仿真研究[J].铁道建筑.2009(6).
[24]沈东升.客运专线无砟轨道的技术应用与发展[J].中国铁路.2009.10
[25]魏永幸.客运专线无砟轨道桩-板结构路基[J].铁道工程学报.2008(4)
[26]魏永幸,蒋关鲁.客运专线无砟轨道路基关键技术探讨[J].铁道工程学报.2006(5)
[27]李春霞.土质路基板式轨道力学分析[D].四川：西南交通大学.2005
[28]王其昌,蔡成标等.高速铁路土路基上无砟轨道的应用[J].铁道标准设计.2003
[29]范俊杰.现代铁路轨道[M].北京：中国铁道出版社.2001
[30]陈睿.无砟轨道桩板结构和桩网结构路基离心模型试验研究[D].四川：西南交通大 学.2007
[31]丁兆锋.郑西客运专线湿陷性黄土路基桩板结构分析与优化设计[D].四川：西南交通大学.2007
[32]孙大新.高速铁路桥上无缝道岔设计方法的研究[D].北京：北京交通大学.2006
[33]易锦.无缝道岔结构温度附加力与位移的有限元分析与研究[D].湖南：中南大学.2006
[34]赵晓燕.桥上有砟轨道无缝道岔空间力学特性的研究[D].北京：北京交通大学.2006
[35]钟方千.桥上无砟轨道无缝道岔温度力与位移研究[D].湖南：中南大学.2008
[36]于雷.桥上无砟轨道无缝道岔空间力学研究[D].湖南：中南大学.2009
[37]蒋关鲁,詹永祥,魏永幸.无砟轨道桩板结构路基设计理论及计算理论的探讨[A].铁路客运专线技术交流会论文集[C].武汉：长江出版社,2005：398～401
[38]詹永祥,蒋关鲁.桩板结构路基动力模型试验研究[J].岩土力学-2008.29(8)：2097-2101,2110
[39]陈睿,蒋关鲁,魏永幸.无砟轨道桩板结构路基离心模型试验研究[J].铁道建筑技术,2006.1：1～4
[40]铁道第二勘察设计院.无碴轨道路基及其构筑方法.中国专利,申请号：200610021783.7
[41]詹永祥,蒋关鲁.武广线高边坡陡坡地段桩板结构路基的设计理论探讨[J].铁道工程学报,2007(增刊)：94～96,101
[42]詹永祥,蒋关鲁,魏永幸.无砟轨道桩板结构路基在地震荷载下的动力响应分析[J].中国铁道科学,2006.27(6)：22～26
[43]罗照新,丁兆锋.客运专线桩板结构设计方法的探讨[J].铁道工程学报,2008.8：33～36
[44]秦立新.无砟轨道桩板结构路基设计计算[J].中国铁道科学,2007.28(5)：5～10
[45]马斌,丁兆锋,苏谦.竖向荷载作用下桩板结构仿真分析[J].路基工程,2006.6：84～86
[46]李绍文.遂渝铁路无砟轨道试验段路基综合施工技术[J].铁道建筑技术,2007.1：6～9
[47]梁忠周.无砟轨道桩板结构路基设计构造与施工[J].重庆建筑,2006.3：48～51
[48]丁兆锋,苏谦,崔维秀.郑西客运专线桩板结构室内动态模型试验技术[J].路基工程,2008.1：38～40
[49]罗震,蔡成标,姚力.路基参数对无砟轨道结构受力影响有限元分析[J].路基工程,2008(5)
[50]姚力,翟婉明,罗震.遂渝线路基上板式无砟轨道结构设计研究[J].铁道工程学报.2006(5).
[51]罗震,翟婉明,颜华,姚力.土路基上板式轨道结构受力的有限元分析[J].西南交通大学学报.2007(6).
[52]颜华,翟婉明,李春霞,罗震.土质路基双块式无砟轨道混凝土支承层设计分析[J].铁道工程学报.2007(增).
[53]秦兰兰.土质路基无砟轨道力学特性研究[D].北京：北京交通大学.2008
[2]肖宏,郭丽娜.桩板结构技术应用研究[J].铁道标准设计.2010(2).
[3]Pekka Toivola, Anttoni Vesterinen. real time safety and structural stability monitoring of a reconstructed concrete slab railway embankment on a soft ground after its collapse. Symposium "Keep Concrete Attractive", Budapest 2005.
[4]R.F. Woldringh, B.M. New.Embankment design for high speed trains on soft soils Conception de remblais sur sols meubles pour les chemins de fer a grande vitesse. Geotechnical Engineering for Transportation Infrastructure, Barends et al. (eds)(?) 1999 Balkema, Rotterdam
[5]Hans Bachmann, Winfried mohr, Fh martin Kowalski. The Rheda2000 ballastless track system [J]. european railway review,2003 (1)
[6]王忠文,徐鹤寿.德国纽伦堡-英格尔施塔特新建线的无砟轨道[J].中国铁路,2006(6).
[7]贾振功.无砟轨道桩板结构路基施工技术[J].国防交通工程与技术,2008.4
[8]苏谦,李安洪,丁兆锋,崔维秀.郑西客运专线深厚湿陷性黄土地基桩板结构设计分析[J].铁道建筑技术,2007(2).
[9]李军,京津城际铁路[J].轨道交通,2008.8
[10]张岷.道岔区无砟轨道连续道床板力学分析[D].四川：西南交通大学,2006..
[11]王平,刘学毅.无缝道岔计算理论与设计方法[M].四川：西南交通大学出版社.2007.
[12]李粮余.桥上无缝道岔无砟轨道基础选型研究[D].四川：西南交通大学.2007.
[13]杨荣山.桥上无缝道岔纵向力计算理论与试验研究[D].四川：西南交通大学.2008.
[14]陶凯.客运专线桥上无缝道岔空间力学特性的研究[D].北京：北京交通大学.2007.
[15]章根德.土的本构模型及其工程应用[M].北京：科学出版社,1995.
[16]李成辉.轨道[M].成都：西南交通大学出版社.2005
[17]广钟岩,高惠安.铁路无缝线路[M].北京：中国铁道出版社.2005.2
[18]卢耀荣.无缝线路研究与应用.北京：中国铁道出版社.2004.10
[19]郝文化.ANSYS土木工程应用实例[M].北京：中国水利出版社.2005
[20]阚前华,谭长建等.ANSYS高级工程应用实例分析与二次开发[M].北京：电子工业出版社.2006
[21]曾巧玲,崔江余等.基础工程[M].北京：清华大学出版社,北京交通大学出版社.2007
[22]何华武.我国应大力发展无砟轨道[J].中国铁路.2005
[23]禹雷,张继文等.高速铁路桥上新型无砟轨道板设计与仿真研究[J].铁道建筑.2009(6).
[24]沈东升.客运专线无砟轨道的技术应用与发展[J].中国铁路.2009.10
[25]魏永幸.客运专线无砟轨道桩-板结构路基[J].铁道工程学报.2008(4)
[26]魏永幸,蒋关鲁.客运专线无砟轨道路基关键技术探讨[J].铁道工程学报.2006(5)
[27]李春霞.土质路基板式轨道力学分析[D].四川：西南交通大学.2005
[28]王其昌,蔡成标等.高速铁路土路基上无砟轨道的应用[J].铁道标准设计.2003
[29]范俊杰.现代铁路轨道[M].北京：中国铁道出版社.2001
[30]陈睿.无砟轨道桩板结构和桩网结构路基离心模型试验研究[D].四川：西南交通大 学.2007
[31]丁兆锋.郑西客运专线湿陷性黄土路基桩板结构分析与优化设计[D].四川：西南交通大学.2007
[32]孙大新.高速铁路桥上无缝道岔设计方法的研究[D].北京：北京交通大学.2006
[33]易锦.无缝道岔结构温度附加力与位移的有限元分析与研究[D].湖南：中南大学.2006
[34]赵晓燕.桥上有砟轨道无缝道岔空间力学特性的研究[D].北京：北京交通大学.2006
[35]钟方千.桥上无砟轨道无缝道岔温度力与位移研究[D].湖南：中南大学.2008
[36]于雷.桥上无砟轨道无缝道岔空间力学研究[D].湖南：中南大学.2009
[37]蒋关鲁,詹永祥,魏永幸.无砟轨道桩板结构路基设计理论及计算理论的探讨[A].铁路客运专线技术交流会论文集[C].武汉：长江出版社,2005：398～401
[38]詹永祥,蒋关鲁.桩板结构路基动力模型试验研究[J].岩土力学-2008.29(8)：2097-2101,2110
[39]陈睿,蒋关鲁,魏永幸.无砟轨道桩板结构路基离心模型试验研究[J].铁道建筑技术,2006.1：1～4
[40]铁道第二勘察设计院.无碴轨道路基及其构筑方法.中国专利,申请号：200610021783.7
[41]詹永祥,蒋关鲁.武广线高边坡陡坡地段桩板结构路基的设计理论探讨[J].铁道工程学报,2007(增刊)：94～96,101
[42]詹永祥,蒋关鲁,魏永幸.无砟轨道桩板结构路基在地震荷载下的动力响应分析[J].中国铁道科学,2006.27(6)：22～26
[43]罗照新,丁兆锋.客运专线桩板结构设计方法的探讨[J].铁道工程学报,2008.8：33～36
[44]秦立新.无砟轨道桩板结构路基设计计算[J].中国铁道科学,2007.28(5)：5～10
[45]马斌,丁兆锋,苏谦.竖向荷载作用下桩板结构仿真分析[J].路基工程,2006.6：84～86
[46]李绍文.遂渝铁路无砟轨道试验段路基综合施工技术[J].铁道建筑技术,2007.1：6～9
[47]梁忠周.无砟轨道桩板结构路基设计构造与施工[J].重庆建筑,2006.3：48～51
[48]丁兆锋,苏谦,崔维秀.郑西客运专线桩板结构室内动态模型试验技术[J].路基工程,2008.1：38～40
[49]罗震,蔡成标,姚力.路基参数对无砟轨道结构受力影响有限元分析[J].路基工程,2008(5)
[50]姚力,翟婉明,罗震.遂渝线路基上板式无砟轨道结构设计研究[J].铁道工程学报.2006(5).
[51]罗震,翟婉明,颜华,姚力.土路基上板式轨道结构受力的有限元分析[J].西南交通大学学报.2007(6).
[52]颜华,翟婉明,李春霞,罗震.土质路基双块式无砟轨道混凝土支承层设计分析[J].铁道工程学报.2007(增).
[53]秦兰兰.土质路基无砟轨道力学特性研究[D].北京：北京交通大学.2008