西南交通大学 四川成都 610031
摘要：高速铁路路基与隧道之间（路隧过渡段）的合理设计对行车安全性和舒适性有较大的影响，而过渡段路基系统，是一个十分复杂的大系统，其动力学性能的影响因素也十分复杂，本文针对高速铁路路隧过渡段的长度对于整个系统的动力学参数所产生的影响进行研究，得出结论为：过渡段长度的减小必然会增加其路基的动响应，存在安全隐患，路基长期稳定性受到影响，同时也说明了路隧过渡段的合理设计长度应以不小于20m为宜。
关键词：高速铁路；路隧过渡段；数值仿真；动力学参数
高速铁路是我国铁路现代化的主要标志，高速铁路的发展实现了列车运行速度历史性的跨越，高铁作为我国使用密度最大的交通工具，其安全性应当放在首位。高速列车作用下的过渡段路基系统，是一个十分复杂的大系统，其动力学性能的影响因素一十分复杂，不仅与高速列车的车型、车速、行驶方向等因素有关，还与过渡段的长度、折角、刚度比、设计型式等因素有关，与轨道结构的设计和路基参数也密切相关。不同的过渡段设计，不同的轨道设计参数和路基参数的变化都会对系统的振动响应产生很大的影响。本文主要针对路隧过渡段不同长度下对系统的动力学参数的影响[1]。
1高速铁路路隧过渡段数值仿真模型
本文运用有限元软件MIDAS/GTS，依据设计图纸，建立路隧过渡段的数值模型。MIDAS/GTS存在实体和构件两种建模方式，为了尽可能真实模拟路桥过渡段各个部分的力学性能，本文采用实体建模。鉴于隧道基础刚度与掺5%水泥级配碎石的过渡段、轨枕与基床表层之间通过设置接触单元来模拟其相互作用。鉴于本文主要针对高速列车在路隧过渡段的动力特性，并非隧道结构的动力响应，因此，在本部分的研究中将略去隧道结构本身，将其简化为一个弹性体的质量块进而模型隧道基础与过渡段之间的刚度差，具体数值模型见图1[2]。
图1 高速列车路隧过渡段数值仿真模型
2计算结果分析
在确定路隧过渡段长度时，过短虽不利，但过长也没有必要。应通过多方面综合分析寻求合理长度，做到技术上可行，经济上合理。因此，本文在列车速度为250km/h、轨面弯折和差异沉降都为0、过渡段刚度比为1: 100、过渡段为倒梯形状的前提下，选择过渡段长度为10m、15m、20m、25m及30m进行计算，计算结果表1。
表1 过渡段长度对各动力学参数的影响
综合分析表1可以看出，过渡段长度从10m变化到30m，轮重减载率、基床表层动应力、车体垂向加速度、轮轨垂向力均随着过渡段的增长而减小。同时，过渡段长度对轨下性能影响微弱，而对轨上车体的动力学行为影响相对较大。从表中明显看出存在一个临界过渡段长度，当过渡段小于这一长度时，系统性能指标随过渡段长度的变化急剧变化，而当过渡段大于这一长度时，系统性能指标变化趋于平缓。[3]因此根据这个特点，定出选取过渡段长度的方法:第一，选取临界过渡段长最明显的指标，初步定出过渡段长度；第二，以此过渡段长度为标准，分别衡量其它指标，须满足在此过渡段长度下，各指标远小于限值。那么，此过渡段长度就可认为是此条件卜的临界过渡段长度。基于此，从表1可知，当过渡段长度为15m时，车体的垂向加速度为0.77m/s，接近1.0m/s，考虑到一定的安全富裕，建议按照不少于20m进行设计[4]。
3 结语
通过本文的数值模型分析结果表明，高速铁路路隧过渡段的长度对系统动力学参数存在影响，综合分析其合理设计长度应不小于在20m，且在合适的条件下不宜过长，对于其他影响因素，会在后续工作中作进一步研究。
4基金支持
[1] 四川省科技支撑计划，高速铁路无砟轨道密集型路隧过渡段设计理论及关键技术研究，2016GZ0338；
参考文献：
[1]胡萍. 高速铁路无砟轨道密集过渡段路基动力试验与仿真分析[D].中南大学，2010.
[2]胡国平，郑明新，范亚坤，等.某高速铁路路隧过渡段变形特点及机理分析[J].北京交通大学学报，2018，42(06):24-31.
[3]任娟娟，赵华卫，李潇，等.减振CRTS Ⅲ型板式无砟轨道路隧过渡段动力分析[J].西南交通大学学报，2016，51(06):1047-1054.
[4]陈雪华. 高速铁路无碴轨道过渡段路基的动力特性研究[D].中南大学，2006.
论文作者:李龙飞,于来波,付晓
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/16
标签：长度论文; 路基论文; 动力学论文; 高速铁路论文; 系统论文; 参数论文; 轨道论文; 《防护工程》2019年10期论文;