论文总字数：40991字

摘 要

随着高速铁路的重载化，为适应日益增长的出行需求，应提高轨道下部基础的承载能力，在保证其使用寿命的基础上实现减振降噪的功能性需求。考虑到以沥青混合料为代表的粘弹性材料具有柔性特征，因此将沥青混凝土用作全断面轨下基础的垫层可寄期发挥防水、减振、降噪、适应路基变形、易于维护和环保可回收等优点。因此本文通过分析得到不同类型的沥青混合料的粘弹性参数与轨道动力响应的关系。

本文首先从沥青材料的粘弹性原理入手，介绍了本构模型的组成和粘弹性参数的定义，接着根据适用情况选择合适的本构模型及实验方法确定沥青混合料的粘弹性参数。参考实际无砟轨道结构的型式和尺寸，基于ABAQUS有限元分析软件进行三维轨道模型的建立。

三维模型建立之后，通过对比动力学分析的基本类型，选择合适的动力学研究方法，并选取适合的基于ABAQUS的有限元后处理算法进行分析计算。设置无沥青对照组，参考实际的转向架尺寸和轮轨力大小进行周期性的正弦加载，经过计算得到结构的应力、位移及加速度的时间、空间分布情况，验证沥青混合料的减振效果，并得到动力响应指标与材料粘弹性参数的关系。

关键字：无砟轨道 粘弹性参数 沥青垫层 动力响应

The Influence of Asphalt Mixture Viscoelasticity

Parameters on Structural Dynamic Response

of High-speed Rail track of CRTSⅢ

ABSTRACT

Because of the increasingly heavy load of high speed railway, in order to satisfy the travel demand, engineers should improve the bearing capacity of track foundation, guarantee basic longevity, and realize the function of damping and noise reduction. In consideration that asphalt mixture has the nature of flexibility, therefore, applying asphalt mixture to cushion under rail will effectively perform advantages like water-proof, damping, noise reduction, adaption to roadbed deformation, easy to maintain and friendly to environment. This paper will analyze the relation between viscoelastic parameters and dynamic response.

This article introduce the viscoelastic principle of asphalt mixture in the first place, then on the basis of the definition of constitutive model and viscoelastic parameters choose reasonable experiment to determine viscoelastic parameters. In reference to real structural pattern and size of ballastless track, establish the finite element model on the basis of ABAQUS software.

In addition, by comparing basic types of dynamics analysis, choose suitable dynamic research method and reasonable post processing algorithm. In reference to real bogie size and wheel force, load periodic sine load, and set no-treatment control group. By calculating dynamic parameters, get the destitution of stress, displacement and acceleration in time and space, then analyze the relation between viscoelastic parameters and dynamic response.

Keywords：Ballastless Track Viscoelastic Parameters Asphalt Concrete Cushion Dynamic Response

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2 CRTSⅢ型无砟轨道概述 2

1.3沥青混合料基本性能 2

1.4 研究内容和技术路线 4

第二章 沥青混合料的粘弹性理论 6

2.1沥青混合料的粘弹性特性 6

2.2本构关系的选择 7

2.3粘弹性参数的确定 9

2.3.1应力松弛实验（蠕变实验） 9

2.3.2基于DMA的动态粘弹特性 13

2.4小结 22

第三章 基于ABAQUS建立轨道的有限元模型 23

3.1沥青垫层的类型选择和粘弹性参数的拟合 23

3.2有限元模型的建立 25

3.2.1有限元模型的选择 25

3.2.2 有限元模型的尺寸和材料参数 25

3.2.3 轨道结构的单元选取和网格划分 28

3.3层间接触和边界设定 29

3.4钢轨和轨道板的连接处理 30

3.5小结 30

第四章 轨道结构的动力响应研究 32

4.1动响应理论 32

4.1.1动力学分析的类型 32

4.1.2线性和非线性动力学分析 33

4.2后处理算法选择和分析步设定 33

4.3考虑转向架的轮轨动荷载 34

4.4动力计算结果分析 36

4.4.1无沥青垫层对照组 37

4.4.2应力分析 38

4.4.3位移分析 47

4.4.4加速度分析 54

4.5小结 59

第五章 总结与展望 61

5.1总结 61

5.2创新点 62

5.3展望 62

附表 64

参考文献 66

致谢 68

绪论

1.1课题背景

我国地域跨越大，需要一种能够将各地快速连接起来的交通方式，来保证区域经济协作交流和人们的出行需求。因此，高速铁路的快速发展是我国经济发展的需要，也是人民生活的需要。与之相适应的是为满足国民日益增长的快速、便捷和安全的出行需求，需要不断优化现有高速铁路轨道和下部基础的结构形式。在满足基本的行车安全、高效、平顺性要求的同时，应从长远的角度出发，完善轨道下部结构更多的功能性要求，如从行车舒适性角度考虑的减振降噪的需求，以及以可持续发展和环境友好理念为基点，思考如何解决结构在长期荷载作用之后带来的一系列耐久性的问题。

高铁的分布和使用性能在很大程度上制约着未来经济的发展，当前，为了适应国民经济发展的需要，应提高高铁的设计水平，提高轨道下部基础的承载能力，保证其基本使用性能和更多的功能性需求，并与日益增长的出行需求相匹配以达到资源的优化配置和高效利用。就拿高速铁路无砟轨道下部基础的减振降噪的功能性要求来说，在高速铁路日益快速发展的今天，其带来的振动和噪声对铁路沿线的建筑和居民的冲击和影响不容忽视。由于沥青混合料相对于水泥混凝土兼具强度和柔性，因此将具有粘弹性特征的沥青混凝土用作全断面轨下基础的垫层可寄期发挥防水、减振、降噪、适应路基变形、易于维护和环保可回收等优点。因此，在最近的几年以及今后的研究中，此类课题日趋成为了关注的焦点。

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