循环荷载作用下铁路道床的离散元分析

张帅辉，周陶勇，许平，张亚晴，夏建军

循环荷载作用下铁路道床的离散元分析

张帅辉，周陶勇，许平，张亚晴，夏建军

(昆明理工大学 机电工程学院，云南 昆明 650500)

为研究高速有砟道床中存在的累积沉降变化规律，通过PFC离散元软件，建立一定级配的高速铁路散粒体有砟道床的三维离散元模型。选取循环荷载频率分别为5,10,20,30 Hz，荷载幅值为3,5 kN，共8种荷载工况进行数值模拟，分析了道床力学性能，探讨了循环荷载的频率和振幅对道床沉降的影响。研究结果表明：循环荷载频率不超过20 Hz时，荷载频率对道床的沉降量及沉降速率的影响较小；循环荷载频率30 Hz时，其对道床的沉降量及沉降速率的影响显著增大；循环荷载幅值越大，道床的沉降量、沉降速率越大；循环荷载频率越大，道床的垂向刚度越大。

铁路道砟；循环荷载；离散元法；道床沉降

随着科学技术的不断发展，铁路逐步向高速化、重载化方向发展，考虑到成本和地况等方面的原因，部分铁路线路不可避免的使用有砟轨道结构[1]。针对有砟轨道在高速循环动载荷作用下出现的沉降变形，须开展相关的研究。Tutumluer[2]等人通过建立有砟道床离散元模型，研究荷载重复作用下道床的累积变形。Al-Saoudi[3]等人基于道砟箱的道砟集料累积变形试验，得出荷载幅值越大，道砟集料的累积变形也越大。姜卫利[4]等人建立了有砟道床二维单元模型，研究道床在不同荷载下的应力变化。张徐[5]等人采用PFC研究道砟的破碎机理。通过将国内外对散粒体道床的研究作对比，发现中国在该领域的研究还有所欠缺。……