车轮滚动作用下带缺陷无砟轨道和路基的动应力响应

摘要

为探究高速铁路无砟轨道路基段病害带来的影响，构建了精细化的车轮-轨道-路基-地基耦合动力学模型。该模型采用轮轨滚动接触算法描述轮轨动态相互作用，以三维黏弹性静-动力统一人工边界代替无限域地基，考虑轨下基础的有限弹性和车轮滚动前的起始静力状态，模拟了车轮从静止加速到45 km/h后，并保持该速度不变而继续滚动前进。在此条件下，研究了承轨台正下方橡胶垫板失效、轨道板脱空、水泥沥青（CA）砂浆层脱空和基床表层脱空引起的动应力响应。结果表明：橡胶垫板失效可导致轨道板动应力的拉压性质改变、动应力分量幅值增大和减小、基床表层应力路径改变且强度显著增加、动应力沿深度的变化与界面的突变均较正常模型明显增大；单元尺度的失效只对与其相邻的单元产生显著影响，更远处单元的应力状态几乎不受影响，且在轨道板中造成的影响比基床表层大；橡胶垫板完全失效显著改变了轨道板和基床表层单元的竖向动应力频谱。

关键词

精细化研究 / 轨道和路基脱空 / 动应力响应特征 / 轮轨滚动接触 / 高速铁路无砟轨道