适应基础变形的重组竹枕轨道结构设计及优化研究
马帅奇1，2，杨俊斌1，2，刘涛1，2，姚远1，2，杨荣山1，2
（1. 西南交通大学 高速铁路线路工程教育部重点实验室，成都 610031； 2. 西南交通大学 土木工程学院，成都 610031）
摘要：可持续发展及对基础变形的适应能力是轨道结构的两个研究热点。首先，本文设计了一种以重组竹枕为代表的轨道结构型式，并基于活动断裂带地区地基沉降数据确定了轨道结构的单元长度；其次，建立了这种轨道结构的数值仿真模型，并通过1:5缩尺模型试验进行精度验证；再次，将基础变形地区既有的列车荷载统计数据、变形波长的研究成果相互组合，拟定了体现两种因素不同状态相互耦合效果的多组计算工况；接着，采用本文建立的数值模型计算了各工况下轨道各部件竖向位移和道床板纵向拉应力；最后，采用拓扑优化方法缩减了重组竹轨枕长度，并通过将轨枕长度缩减前、后两种情况下的轨道结构竖向位移、道床板纵向拉应力、轨道结构自振频率和振型的变化幅度进行对比，确定了长度缩减后的轨枕对轨道结构的力学响应及固有振动特性的影响程度。研究结果表明：当基础变形波长不大于5m时，轨道各部件竖向位移和道床板纵向拉应力，未超过修规相关规定及混凝土强度指标，说明重组枕轨道结构适用波长不大于5m的基础变形；当基础变形波长大于5m时，道床板纵向拉应力较钢轨位移先超限；重组竹轨枕长度由2.5m缩减至2.1m时，轨道结构的力学响应变化最大幅度为7.56%，轨道结构的同阶固有频率最大变化幅度为1.85%，同阶振型基本一致，说明减少轨枕长度对轨道结构的力学响应及固有动力特性影响较小。
关键词：铁路轨道；重组竹枕轨道结构；数值仿真；基础变形；模型试验；拓扑优化
中图分类号: U213 文献标识码: A DOI: 10.13238/j.issn.1004-2954.202511240001