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工程建设铁路路基变形对无砟轨道结构影响研究综述崔旭浩，郑强，刘永琨，吕欣乐，刘子安，魏泓基（北京工业大学城市建设学部，北京100124）摘要：随着我国铁路事业飞速发展，铁路路基在长期服役过程中的变形问题及其对轨道结构力学行为的影响日益受到关注。
对近年来的相关研究进展进行总结，分析铁路路基变形的主要原因，包括自然因素和人为因素；系统梳理路基变形对轨道力学行为的影响，如路基变形对轨道结构变形、车轨耦合振动及轨道结构的损伤劣化的影响研究现状；分析指出当前研究面临的挑战，并对未来在智能监测与预警系统、精准高效的数值仿真技术等方面的研究趋势进行展望。
关键词：铁路路基变形；轨道结构；动力响应；损伤劣化中图分类号：U213.2 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2024）04-0049-08 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2023.11.27.0031 概述近年来，我国铁路事业飞速发展，取得了举世瞩目的成就。
截至2023年底，我国铁路营业里程达到15.9万km，其中高铁4.5万km。
在铁路基础设施长期运营过程中，轨道结构的服役状态对铁路线路的安全平稳运营起着关键作用，轨道结构的稳定性直接影响到铁路运输的安全和效率［1］。
铁路路基作为轨道结构的下部基础，是铁路线路的重要组成部分，直接承受轨道的重量，同时还承受轨道传递的机车车辆荷载。
路基结构的安全稳定服役对铁路线路有着至关重要的作用［2］。
然而铁路路基作为土工构筑物，受水文、地质和交通荷载等多种因素影响，导致铁路路基的工后变形不可避免［3］。
铁路路基变形将引起轨道结构产生跟随性变形，形成线路不平顺，增大列车运行时轮轨系统的动力响应，降低列车运行的舒适性，威胁列车运行安全，并容易引起轨道结构的损伤劣化，增大铁路工务部门的养护维修工作量。
在我国高速铁路的长期服役过程中，路基变形基金项目：国家自然科学基金资助项目（52308426）；北京工业大学“星火基金”资助项目（XH-2023-03-18、XH-2024-04-08）第一作者：崔旭浩（1994—），男，讲师，博士。
温度荷载作用下路基上双块式无砟轨道道床板力学特性研究温度荷载作用下路基上双块式无砟轨道道床板力学特性研究【摘要】温度荷载是双块式无砟轨道的重要荷载。
本文以路基上双块式无砟轨道主体结构为研究对象，主要包括双块式无砟轨道道床板、混凝土支撑层，辅以分析软件ansys进行分析，建立了考虑钢筋与混凝土滑移粘结作用的有限元力学模型，研究了温度荷载作用下路基上双块式无砟轨道道床板的力学特性。
【关键词】温度荷载；双块式无砟轨道；力学特性；Ansys1.路基上双块式无砟轨道力学模型作者在吸收国内外研究成果的基础上，利用大型通用软件Ansys 建立了包括双块式轨枕、道床板、钢筋、支承层的双块式无砟轨道三维有限元力学模型，研究了温度梯度荷载作用下双块式无砟轨道道床板混凝土和钢筋的力学特性[1]。
力学模型中道床板钢筋用杆单元link8模拟。
双块式轨枕、道床板、支承层以八节点实体单元SOLID65模拟。
为了考虑混凝土与钢筋的粘结滑移效应，道床板混凝土与钢筋之间的连接用弹簧单元COMBIN14模拟。
现有的路基上双块式无碎轨道力学模型大多假定道床板与水硬性支承层之间紧密连接（摩擦系数无穷大），两者变形协调一致，形成结合式结构，本文也延续这一理论。
在ANSYS环境下生成的路基上双块式无砟轨道力学模型如1所示。
模型以2个裂缝间距内双块式无砟轨道道床板、支承层为研究对象，由于裂缝间距内轨道长度较短，钢轨和扣件的约束影响有限，模型中没有考虑，道床板与支承层粘结良好。
参照连续配筋混凝土路面（CPCR）的设计及应用经验，地基摩阻力很小，可以忽略不计。
本模型中，双块式无砟轨道道床板的结构配筋为：纵向下层12根φ20，纵向上层9根φ20；横向每两个轨枕间距内上下层各设置一根φ16的钢筋[2]。
2.温度荷载下双块式无砟轨道力学特性研究温度梯度荷载实际上是当轨道板在太阳照射下，由于混凝土的热传导性能差，会使得轨道板在厚度方向上存在温度梯度，出现白天上表面温度高、下表面低，晚上上表面温度低、下表面高的现象，这样在轨道板在厚度方向发生热胀冷缩，从而使得轨道板发生通曲变形，变形幅度大小由太阳福射热的变化决定，一般晴天变幅大，阴天变幅小。
《基于ANSYS的地铁和城际铁路新型板式无砟轨道设计软件开发》篇一一、引言随着城市化的快速发展，地铁和城际铁路的建设日益成为城市交通建设的重要组成部分。
无砟轨道作为现代轨道交通的重要技术之一，其设计质量和性能直接关系到轨道交通的安全、平稳和舒适性。
因此，开发一款基于ANSYS的地铁和城际铁路新型板式无砟轨道设计软件显得尤为重要。
本文将详细介绍该软件的设计思路、技术特点和应用前景。
二、软件设计背景及意义ANSYS是一款广泛应用于工程仿真分析的软件，具有强大的结构分析、流体分析、电磁分析等功能。
在地铁和城际铁路的轨道设计中，ANSYS可提供精确的力学分析、热学分析和动力学分析等，为轨道设计提供有力的技术支持。
然而，传统的轨道设计方法往往依赖于经验公式和试验数据，设计过程繁琐且难以保证设计的精确性和可靠性。
因此，开发一款基于ANSYS的地铁和城际铁路新型板式无砟轨道设计软件，将有助于提高轨道设计的精确性和可靠性，降低设计成本，提高轨道交通的安全性和舒适性。
三、软件设计思路该软件的设计思路主要包括以下几个方面：1. 模型建立：通过ANSYS的建模功能，建立地铁和城际铁路新型板式无砟轨道的三维模型。
该模型应包括轨道结构、路基结构、轨道上部的车体等元素。
2. 力学分析：基于建立的模型，进行力学分析。
通过施加列车荷载、风荷载等外力，分析轨道结构的应力和变形情况。
此外，还应考虑路基的变形对轨道结构的影响。
3. 优化设计：根据力学分析结果，对轨道结构进行优化设计。
优化目标包括提高轨道的承载能力、降低运营噪声、减少维修频率等。
4. 结果输出：将优化后的设计方案以图形化方式输出，包括轨道结构图、应力分布图等。
同时，提供详细的参数信息供用户参考。
四、技术特点该软件的技术特点主要包括以下几个方面：1. 高精度：采用ANSYS的高精度算法，能够准确地进行力学分析和仿真模拟。
2. 自动化：软件具备自动化建模和优化功能，提高了设计效率。
双块式无砟轨道的共振性能分析邹小魁;吕定花【摘要】为了避免双块式无砟轨道在列车荷载作用下产生共振,使得钢轨位移过大而影响列车平稳性,运用谐响应有限元法和轨道动力学理论建立双块式无砟轨道计算模型,考虑了列车荷载、扣件刚度、阻尼影响因素,对模型进行共振频率与钢轨位移计算.结果表明:扣件刚度影响无砟轨道共振频率及钢轨位移,而阻尼及列车荷载影响钢轨位移.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2010(000)010【总页数】3页(P103-105)【关键词】双块式无砟轨道;共振频率;刚度;阻尼【作者】邹小魁;吕定花【作者单位】中铁山桥集团有限公司,河北,秦皇岛,066205;中铁山桥集团,高级技工学校,河北,秦皇岛,066205【正文语种】中文【中图分类】U213.2+44双块式无砟轨道断面的基本结构为基床表层(级配碎石)、混凝土支承层(C20混凝土)、道床板混凝土(C40混凝土)、双块式轨枕、钢筋桁架、扣件和钢轨［1］，其断面见图 1。
图1 双块式无砟轨道基本结构双块式无砟轨道承受列车荷载的作用，在列车的激励下钢轨产生位移，并且当列车的激励频率与无砟轨道的固有频率一致时，将产生共振现象，使得钢轨位移过大而影响列车平稳性，加速轨道系统的损坏。
因此采用谐响应分析方法，对无砟轨道系统共振频率进行计算分析，避免其产生共振就显得非常有意义。
1 谐响应分析模型建立的方法谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦规律变化的荷载时的稳态响应，其目的是计算出结构在几种频率下的响应，并得到一些响应值(通常是位移)对频率的曲线，从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。
谐响应分析只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑在激励开始时的瞬态振动。
谐响应分析能预测结构的持续动力特性，从而克服共振、疲劳及其它受迫振动引起的不良影响。
谐响应分析是一种线性分析，任何非线性特性如塑性和接触等，即使定义了也将被忽略［2］。
高温多雨地区双块式无砟轨道疲劳特性研究杨洋;王德英;杨蓓;潘海龙【摘要】文章通过ANSYS软件建立高温多雨地区双块式无砟轨道有限元模型,利用车辆-轨道耦合动力学理论、疲劳伤损理论,在钢筋混凝土疲劳寿命研究成果的基础上,以南宁地区月平均气温为基础,预测高温多雨地区双块式无砟轨道在列车动荷载与温度荷载耦合作用下疲劳寿命,结果表明:高温多雨地区双块式无砟轨道疲劳寿命基本符合高速铁路设计年限;混凝土疲劳失效将会比钢筋疲劳失效早出现;高温多雨地区月平均气温、地区纬度、施工温度组合温度场对疲劳寿命较为不利.对今后高温多雨地区双块式无砟轨道设计与铺设提供指导性建议.【期刊名称】《大众科技》【年(卷),期】2018(020)008【总页数】3页(P36-38)【关键词】无砟轨道;疲劳特性;耦合动力学;ANSYS【作者】杨洋;王德英;杨蓓;潘海龙【作者单位】广西交通职业技术学院,广西南宁 530000;广西交通职业技术学院,广西南宁 530000;广西交通职业技术学院,广西南宁 530000;广西交通职业技术学院,广西南宁 530000【正文语种】中文【中图分类】U213.21 引言无砟轨道以其高平顺性、高稳定性和少维修等特点，在铁路运营中逐渐取得了明显优势，尤其是随着客运专线和高速铁路的修建，无砟轨道更显出其优越性和重要性[1]。
由于无砟轨道在运营中可以大大节省维修费用，并且这些维修费用的节省可以在不长的时间内抵消无砟轨道建设时的较大投资，这个优点也是无砟轨道在我国近年来铁路发展中占重要地位的根本原因[2]。
通常，双块式无砟轨道作为一种混凝土构件，将预制双块式轨枕通过现场浇筑的方式埋入道床板中，其服役过程中往往避免不了刚度、强度以及疲劳这三个基本要求，而其混凝土构建在循环荷载的作用下，出现的疲劳伤损制约了双块式无砟轨道的发展，因此，开展双块式无砟轨道结构的疲劳特性研究有着重要的意义。
近年来，学者们在考虑到高速铁路列车荷载作用下混凝土构件应力分布情况较为复杂的基础上，分别采用混凝土塑性损伤模型[3]、内聚力模型[4]、车辆-轨道耦合动力学理论结合Miner 线性累积损伤准则[5]进行双块式无砟轨道结构疲劳特性研究，并未形成完整研究体系且模型与理论不能应用于所有外界条件（尤其是高温多雨地区）。
土质路基双块式无砟轨道参数影响分析庄鹏【摘要】针对土质路基双块式无砟轨道结构,建立了双块式无砟轨道整体有限元模型,研究了主要参数变化对无砟轨道受力的影响,确定了无砟轨道设计参数,从而确保无砟轨道结构设计的安全性、经济性.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2010(036)005【总页数】2页(P280-281)【关键词】土质路基;无砟轨道;参数;有限元【作者】庄鹏【作者单位】铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津,300142【正文语种】中文【中图分类】U213.244双块式无砟轨道是将预制好的双块式轨枕,在现场通过浇筑混凝土将轨枕埋入到混凝土道床中,使轨枕与混凝土道床板成为一个整体的无砟轨道结构形式,高度整体性是双块式无砟轨道区别于其他无砟轨道结构最显著的特点。
双块式无砟轨道结构形式在我国也进行了较多的实际铺设。
1 计算模型及参数路基上双块式无砟轨道系统主要由钢轨、弹性扣件、带有桁架钢筋的双块式轨枕、混凝土道床板及水硬性混凝土支承层组成。
钢轨选用60 kg/m钢轨;扣件间距0.65 m,扣件节点刚度50 kN/mm;轨道板宽度2.8 m,厚度为 0.24 mm,采用C40混凝土,弹性模量3.40×104 MPa;水硬性混凝土支承层(底座板)宽度为3.4 m,厚度为0.3 m,弹性模量15 000 MPa;计算模型选用弹性地基上的梁—板有限元模型(见图1);钢轨采用弹性点支承梁模型来模拟;扣件用弹簧单元来模拟;轨道板与支承层在厚度方向上的尺寸远小于长度和宽度方向上的尺寸,采用板壳单元来模拟;钢轨和道床板间由弹簧单元通过节点相连接,轨道板是浇筑在支承层上的,支撑块上的荷载通过轨道板传递给水硬性支承层,轨道板与支承层之间通过节点自由度耦合来处理。
动轮载参照《客运专线无砟轨道铁路设计指南》,取300 kN。
为忽略边界对轨道结构的影响,计算模型取30 m轨道结构,以板中为研究对象。
2 双块式无砟轨道参数影响分析2.1 扣件刚度保持轨道结构尺寸和其他参数不变,只改变扣件刚度的数值,扣件刚度分别取30kN/mm,50 kN/mm,70 kN/mm,90 kN/mm计算轨道结构的力学响应。
