随着列车速度不断提高,列车荷载对轨道路基动力效应越来越明显。其动力响应规律是轨道路基设计、施工、养护的依据。我国高速铁路快速发展使该课题越来越得到铁路工作者的重视。 本文在总结和吸取前人研究成果的基础上,从理论研究、数值模拟、现场试验三方面对轨道路基动力响应进行了研究,主要研究成果如下: (1) 介绍了高速铁路轨道—路基结构形式,并对轨道路基动力响应研究历史与现状进行回顾和总结。 (2) 建立了高速铁路路基轨道动力响应分析半解析模型。该模型考虑了路基/轨道结构各组成部分、将列车荷载简化为移动谐振荷载、轨道结构模拟为层状梁、路基视为各向同性粘弹性半空间体。通过傅立叶变换获得了控制方程在波数域内的解。利用快速傅立叶变换,将波数域内解转换为空间域内的解,通过算例分析了荷载速度与频率对路基表面位移的影响。 (3) 建立了车辆—轨道路基耦合作用下系统竖向动力响应分析有限元模型。该模型首先车辆模拟为多自由度刚体、钢轨模拟为离散支承的梁单元、轨枕、道床、路基离散为八节点块体单元,并考虑了轮轨接触的非线性与道碴、路基材料本构关系的非线性。然后利用粘弹性人工边界模拟路基的无限域,运用数值积分法与分离迭代法求解运动方程。最后基于大型商业软件ANSYS的二次开发实现仿真分析,并通过与文献数据及现场测试数据对比验证了模型的正确性。 (4) 以我国第一条铁路客运专线—秦沈客运专线轨道路基参数为基础,利用建立的车辆/轨道路基动力分析模型对轨道路基动力响应影响参数:列车速度、轨面不平顺、道床与基床表层厚度、基床表层与路基刚度进行了分析。根据计算结果,对秦沈客运专线轨道路基设计参数进行了评价。 (5) 在秦沈客运专线试验段开展不同基床表层结构及路基、轨道动力响应现场测试,首次获得了列车速度为300km/h时基床表层路基动力响应试验数据。对测试数据进行时频分析,研究不同基床表层结构在不同列车速度下动力响应规律,为我国高速铁路路基设计提供重要依据。