摘要
铁路是世界各国交通的重要组成部分，而有砟轨道是其主要的轨道形式。随着铁路轨道结构的发展，无缝线路应运而生。如今，无缝线路几乎已成为铁路轨道的必选结构。无缝线路取消了传统的钢轨接头，使线路的平顺性大大提高，从而提高了列车的运行时速。但是，在长钢轨锁定之后，无缝线路钢轨内部会积累很大的温度力，同时还会受到来自列车的启动力、制动力和牵引力以及其他应力。这些力共同构成了钢轨内部的纵向力。为了抵抗钢轨的纵向力，从而维持轨道结构的整体稳定，道床需提供足够的纵向阻力。因此，道床纵向阻力是有砟轨道结构稳定性的决定性指标。 近年来，随着铁路高速化、重载化的进一步发展，无缝线路所受的纵向力越来越大，对道床纵向阻力提出了更高的要求。基于此背景，本文对以往的无缝线路纵向力研究进行了总结，明确了纵向力产生的原理与规律。之后对道床阻力的国内外相关研究进行了综述，从道床阻力的影响因素研究和增强措施研究两个方面进行了分析，形成了本文的研究思路和内容。本文首先对单根轨枕进行道床纵向阻力试验研究，探究其影响因素和特性。在此基础上，针对中国常用的Ⅲ型混凝土轨枕进行阻力增强优化，设计了钢棒加强式轨枕和箭头底纹摩擦型轨枕，并进行试验探究。铺设了轨排-道床室内实尺试验模型，对轨排的道床纵向阻力特性进行试验探究。最后，利用离散单元法进行数值模拟，从细观上分析道床纵向阻力的机理。本文主要工作和成果如下： 1．通过试验探究了单根轨枕的道床纵向阻力特性 试验是研究轨枕道床阻力特性的重要方法。中国相关规范中道床阻力的要求值是针对单根轨枕制定的，如规范要求道床纵向阻力应大于14kN/枕。因此，本文首先通过一系列试验，对单根轨枕道床纵向阻力的影响因素进行了研究，明确了枕间道砟饱满度、砟肩宽度和砟肩堆高对道床纵向阻力的影响规律，测定了单根轨枕的道床纵向阻力分担情况，为后续的进一步研究指明方向。 2．为增强道床阻力设计新型轨枕，并进行试验探究 为了增强轨枕的道床纵向阻力，本文总结以往的研究经验，以中国现在正线常用的Ⅲ型混凝土枕为基础，设计了钢棒加强式轨枕和三种箭头底纹摩擦型轨枕，并通过道床纵向阻力试验对其阻力增强效果和影响因素进行了试验测定。最后，结合轨枕的特点对其在实际线路中的应用提出建议。 3．对轨道框架的纵向阻力特性进行试验探究 实际线路中，轨道往往以轨道框架，即轨排的形式维持道床的稳定性。本文搭建了轨排-道床室内实尺试验模型，通过试验研究了轨排纵向阻力的整体特性，同时，探究了砟盒饱满度、轨枕根数和轨枕间距对轨排纵向阻力的影响规律，从而对实际线路设计、铺设及维修提出可行性建议。 4．基于离散单元法建立模型，进行数值模拟分析 试验研究偏重于宏观规律的总结，而数值模拟分析则从细观入手分析机理。本文建立轨枕-道床的三维模型，利用离散单元法对Ⅲ型轨枕和箭头底纹摩擦型轨枕进行纵向阻力试验数值模拟，对轨枕在纵向位移过程中的力链分布进行了研究，探究道床纵向阻力的微观机理。
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