路基冻胀对高速列车-轨道耦合系统动力特性的影响

蒙富佳， 唐先习， 刘 博， 王福久

(1.兰州理工大学土木工程学院， 兰州 730050； 2.中国铁路青藏集团有限公司西宁工务段， 西宁 810000)

21世纪初以来，高速铁路建设在中国飞速发展，高速铁路网已初步形成。与此同时，位于季节性冻土区[1-2]的高速铁路路基冻胀变形问题愈发突出。一方面会导致钢轨线性不平顺，破坏路基表面与支承层间的接触状态，另一方面，在高速运行的列车作用下，钢轨的不平顺激发了列车系统和无砟轨道的振动，加剧了轮轨相互作用，反过来助长了轨道的变形，这种恶性循环对行车的安全性和舒适性产生了不利影响，降低了铁路上相关结构的服役性能和使用寿命。目前，对于高速铁路路基冻胀的研究主要集中于形成机理上[3-5]，对路基冻胀造成铁路轨道的几何形态变化、列车安全性能的动力影响评价研究较少。所以，研究路基不均匀冻胀引起的轨道不平顺对高速列车-轨道结构耦合系统动力特性的影响尤为必要。

根据近几年兰新高铁冻胀路段的分布统计表明，路基冻害现象主要集中出现在门源至民乐一带，以路堤结构形式冻害为主，此路段路基冻胀引起了无砟轨道结构变形，严重影响了轨面的平顺状态和无砟轨道的结构性能，对行车安全有一定的威胁。在车辆-轨道耦合动力学研究初期，铁摩辛柯等[6]、Sato[7]学者大多采用质量-弹簧-阻尼组成的多刚体系统研究车轨动力学耦合，但模型等效变换的假设条件与实际车轨动力特征存在差异，随着列车内部结构在模型中不断细化，模型的计算结果也越来越接近实际值；……