高速铁路路基模型列车振动荷载模拟

针对高速铁路轨道-路基实尺试验模型提出了列车振动荷载模拟装置,该装置由反力架、作动器及分配梁等组成。参照实尺模型,建立了轨道-路基三维有限元数值模型,以运行速度为350km/h的CRH380型动车组、CRTSⅡ型无砟轨道为研究对象,计算并分析了列车移动荷载加载和作动器加载时路基的竖向动应力和竖向动位移,结果表明采用作动器联动加载可较好地模拟列车动力荷载。为获得动力加载时程曲线,采用数值模型建立相邻车厢的两个相邻转向架经过轨道时扣件点反力时程曲线,结合分配梁体系的传力特性和MTS伺服加载试验机对输入时程曲线的要求,通过对扣件点反力时程曲线进行叠加和傅里叶变换得到了作动器的输入时程曲线。     

重载铁路水泥改良土路基动力特性试验研究

为探究重载列车动载作用下路基的动力特性,依托浩吉（浩勒报吉?吉安）重载铁路三荆（三门峡?荆门）试验段 水泥改良膨胀土路基工程背景,开展不少于400 万振次（近似模拟运营10 年内的荷载量）的现场激振试验,利用大型激振设备和配重块组合模拟了时速120km、轴重25?30t 重载列车作用,并与时速120?200km、轴重21t预留客运列车作用时的激振试验结果对比。结果表明：动应力受轴重影响敏感性大于行车速度,轴重25?30t重载列车作用时路基面动应力幅值范围约是轴重21t客运列车作用时的1.2?1.4倍;动应力与加速度沿路基深度衰减趋势吻合,在基床表层与底层范围最大衰减量分别可达40%和80%,动力影响深度略大于基床设计厚度;路基面累积变形呈“快速?缓慢?稳定”发展,控制在4 mm以内,其中前150万次占比达90%;结合测试结果评估水泥掺量为3%?5%的改良膨胀土用作基床底层及以下路堤填料满足动力稳定需求。研究成果能够为探索重载铁路基床动力水平与结构设计提供理论参考。     

重载铁路隧道基底结构长期动力特性试验研究

针对重载铁路隧道基底结构受列车荷载作用更大的特点,根据付营子隧道现场大型激振试验实现了27 t轴重的重载列车动力加载和长期荷载作用,与远程实测动力数据进行比对验证了试验的客观准确性。讨论了双线重载铁路隧道基底结构在大轴重、高密度的运输环境下由上至下的道床、仰拱填充、仰拱结构和围岩表面的接触压力动力响应和长期变化。研究表明,激振试验能够很好的模拟27 t轴重作用下双线重载铁路隧道基底结构的动力特性,具体表现为各结构表面重载线路轨道下方相应位置的动力响应和长期效应最为明显,且由上至下随竖向深度逐渐减弱。各位置的动压力长期效应受该位置的列车动荷载附加值影响,动力响应越大,长期效应越明显。试验结果可为双线重载铁路隧道基底结构的稳定性评价和设计参数提供理论基础。     

武广高速铁路无砟轨道路基动力响应试验研究

在武广高速铁路典型路基断面埋设测试元件,分别于“联调联试”阶段和运营2年后进行了动车组列车荷载作用下的路基动力试验,实测了路基动应力、振动加速度、振动速度等动力响应。分析了路基动力响应与列车速度的关系、动力响应沿路基深度变化规律和路基动力特性在运营前后的变化情况。结果表明：基床表层顶面轨下位置动应力响应比中线处大;动态响应在基床表层范围内最为强烈且衰减较快;列车荷载速度对动应力幅值影响较小,对振动加速度幅值影响较大。运营2年后与“联调联试”阶段相比,基床表层顶面动应力幅值、振动速度幅值相差不大,而振动加速度幅值在“联调联试”阶段较大;两次试验测得的z=2.7m时(基床底层底面)路基动应力幅值和振动加速度幅值的衰减率依次为73.40%~79.30%和79.28%~86.90%,z=4.2m时（路基本体内）两者衰减率依次为82.99%~89.06%和92.78%~96.31%;而振动速度幅值,z=1.8m时（基床底层内）衰减率范围为75.62%~80.80%。     

基于高速铁路路基冻胀的轮轨动力响应研究

季节性冻土区高速铁路无砟轨道路基冻胀,影响了列车运行的安全性、舒适性以及无砟轨道主体结构的服役性能。为研究路基冻胀和高速行车荷载组合效应下的轮轨动力响应,建立了车辆-轨道-路基冻胀耦合动力学模型,对路基不同冻胀幅值、冻胀位置和行车速度下CRTSⅠ型板式无砟轨道轮轨动力响应及轨道结构受力进行分析。结果表明:冻胀发生区段轮轨动力响应增大,列车以350 km/h运行时的安全性和舒适性满足冻胀管理标准要求,但轮轨力随冻胀幅值和速度的增加而增大;轨道板和底座板振动加剧,在计算冻胀波长和幅值范围内,离缝处轨道板振动加速度峰值超过动态验收标准要求,容易引起离缝处CA砂浆层及路基基床表层伤损破坏,且轨道板、底座板振动加速度随行车速度增加而增大;轨道结构动应力和列车荷载传递关系密切,路基冻胀状态下列车荷载引起轨道板和底座板处于交替和交变的拉压受力状态,需要在设计中提出控制裂纹的措施,行车速度对短波冻胀时轨道结构受力影响较小。     

30t轴重重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应研究

为研究多跨30 t轴重重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应规律,采用经过验证的梁轨相互作用模拟方法,建立了考虑桩-土共同作用、桥墩弹塑性变形、滑动支座摩阻力、线路非线性阻力的多跨重载铁路简支梁桥与双线有砟轨道相互作用仿真模型,揭示了一致激励和行波效应下重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应规律,探讨了路基段钢轨长度、简支梁跨数、跨度、线路纵向阻力形式、滑动支座摩阻系数等设计参数的影响,分析了温度、列车制动和地震耦合作用下系统的受力特征。研究表明:当地形地质条件相差不大时,简支梁跨数可简化为11跨、路基段钢轨长度可取为150 m;线路阻力减小时,梁体间、梁体与桥台间可能出现碰撞现象甚至发生落梁;纵向一致激励下,钢轨应力包络图呈"双菱形",其最大值出现在桥台附近,而梁缝附近梁轨相对位移较大,易发生动力失稳;行波效应下,系统受力和变形规律发生显著改变,即使对于跨度较小的简支梁桥,也应考虑行波效应的影响;温度和列车制动作用将进一步增大轨道结构在地震中发生动力失稳的可能性。     

胡家屯中桥路桥过渡段动力特性试验研究

通过对秦沈铁路客运专线胡家屯中桥路桥过渡段进行动力响应现场测试和沉降观测,分析了级配碎石路桥过渡段的沉降规律;动应力、振动加速度、动位移与列车速度的关系,以及动力响应沿路基深度的衰减规律和沿线路纵向变化规律。结果表明:级配碎石过渡段能减缓路桥间沉降差;随着列车速度的提高,列车对路基的动应力作用增强,且动应力影响在基床表层较为显著;不同行车速度下,各测点振动加速度值变化不大,其分布范围一般集中在1 m/s2～3.5m/s2之间;各测点动位移受列车速度的影响不明显,其值集中在0.1 mm～0.35 mm范围内变化。     

高速铁路路基的动力响应分析方法

基于一致粘弹性人工边界建立了有砟轨道高速铁路在动荷载作用下的三维轨道路基有限元模型,模型考虑列车荷载、钢轨、轨枕、道床及路基的接触关系,采用移动轮载单元模拟列车通过时的动力作用。分析了四种机车车辆的一个轮对荷载引起的动应力在路基中的传播特性,包括路基面动应力与轴重、车速的关系,动应力沿路基纵向、横向及深度方向的变化。通过计算结果与秦沈客运专线综合试验实测结果的比较,验证了有限元分析的可靠性。三维一致粘弹性人工边界及单元的的成功应用,对缩小计算模型、缩短计算时间和提高计算精度提供了解决方案,有利于高速铁路尤其是无砟轨道路基动力特性的进一步研究。     

压路机激励下重载铁路路桥过渡段动力特性研究

以蒙华重载铁路某路桥过渡区为试验对象,开展压路机激励下过渡区的动力特性试验,研究过渡区动力响应的分布规律;建立考虑振动轮-路基耦合的动力分析数值模型,研究过渡区等效刚度分布及振动轮-路基面接触力变化特性。结果表明:随着路基深度增大,动应力扩散角逐渐减小,埋深0.2~3.0 m处扩散角在78.2°~55.0°,倒梯形过渡段动应力扩散角要大于一般路基扩散角;相比列车荷载,压路机激励引起的竖向动应力在路基中衰减更快,并且在基床表层中衰减最大;压路机驶离桥台方向的基床表层动侧压力系数为0.35~0.53,驶向桥台方向为0.24~0.36,倒梯形过渡段的动侧压力系数要小于一般路基段;过渡段路基等效刚度在74.8~87.2 kN/mm,随离桥台距离增大而呈线性减小趋势;振动轮激励过程中,过渡段内的振动轮-路基面最大接触力峰值比一般路基段大,且随着过渡区刚度差的增大而增大。     

高速铁路路桥过渡段路基动响应特性研究

通过现场实测，对秦沈客运专线动力分散型机车在某路桥过渡段高速行车条件下的动响应规律进行了研究。分析了沿路桥过渡段线路纵向的动应力分布规律、列车速度和动应力的关系，以及动应力沿路基深度方向的变化规律等。分析表明：沿铁路线纵向随车速的增大，动应力有不同程度的增加；动应力随路基深度的增加衰减很快。并且随着深度的增加。动应力值和静态应力值越来越接近：过渡段路基速度动力系数小于0．3，用速度动力系数能够直观地表示速度对路基的动力作用。     

重载列车引起的大跨度斜拉桥拉索振动研究

采用子结构法研究了重载列车引起的大跨度铁路斜拉桥拉索非线性振动问题。首先基于线性桥梁空间有限元模型,采用车-桥耦合动力学理论计算得到斜拉索锚固点动力响应;然后将该动力响应作为斜拉索端部激励,采用自编的基于CR列式法(Co-rotational Formulation)的拉索非线性动力有限元程序,计算斜拉索非线性动力响应。以荆岳铁路洞庭湖三塔斜拉桥为例,开展了车致斜拉桥拉索振动分析,结果表明:在设计时速范围内,重载列车作用下,斜拉桥索端激励与拉索固有频率两者不存在明显的匹配关系,车致拉索振动响应为一个准静态过程;通过进一步对比不同计算方案,即车-桥耦合振动、移动轴重瞬态分析与移动轴重影响线加载对拉索响应的影响,发现对于大跨度铁路斜拉桥而言,由于车-桥耦合振动效应不显著,采用移动轴重影响线加载方法得到的拉索应力结果具有足够精度。     

重载列车过桥时桥梁的垂向动力分析

本文建立了具有6个自由度重载列车的车辆振动分析模型和重载铁路桥梁的梁段单元模型,通过轮轨接触处的位移协调条件与轮轨相互作用力的平衡关系建立了重载车辆-桥梁系统耦合运动方程,采用迭代求解,编制了重载铁路车-桥耦合振动分析程序。对影响重载铁路简支梁桥的跨中挠度的各种因素进行了分析,分析结果表明：列车的轴重、速度、加速度、减速度及轨道不平顺对重载铁路桥梁的跨中挠度和竖向加速度有着重要影响。     

秦沈客运专线路堑段基床结构动态测试分析

通过对我国第一条铁路客运专线———秦沈客运专线路堑段基床表层的动态测试,得到了厚度分别为40cm与60cm的基床表层在不同车速下的动应力与加速度值,分析了它们在基床表层横向与深度方向的分布规律及其与速度的关系。     

Field evaluation and analysis of road subgrade dynamic responses under heavy duty vehicle

The study of dynamic responses of a layered road system under heavy duty vehicle is one of the most important areas in the field of transportation. This paper introduced a field testing programme of traffic-induced road vibration in Guangxi, China and investigated the subgrade vibration induced by a heavy duty truck with various axle weights and speeds through a series of field tests. The vertical stress and acceleration of the road subgrade at different depths from the tests were presented and analysed. According to the test road, a semi-analytical model of the layered road was established via the stiffness matrix method and the heavy duty vehicle was simulated by ten moving rectangular load pressures. Numerical results in the space domain were derived by performing Fast Fourier Transform and were used to compare its results with the field measurements. The agreement between the numerical and the field results was good, which indicates that the proposed method is useful in predicting the dynamic stress and acceleration of a multi-layered road structure.     

Analysis of dynamic compressive stress induced by passing trains in permafrost subgrade along Qinghai-Tibet Railway

To investigate dynamic compressive stress characteristics and related influencing factors in the permafrost site along Qinghai-Tibet Railway (QTR), a numerical analysis was carried out using self-compiling train-rail-subgrade-site dynamic coupling program ZL-TNTLM and ZL-RNTLM, by which the effect of the vibrating load generated by passing trains on the natural permafrost table was analyzed quantitatively. The results indicate that: (1) the additional dynamic compressive stress depend directly on axle load, the vibration energy at subgrade top surface is relatively larger when vibration frequencies range from 0.5 to 10 Hz, and the dominant frequencies at the top of the natural permafrost table are confined to be less than 3 Hz; (2) the vibration-affected subgrade area is mainly limited to the oval zone of 6 m below sleepers, stress concentration phenomena occur in the vicinity of rail-supporting zone in ballast, the maximum dynamic compressive stress at the bedding superface presents a saddle-type distribution, and certain negative exponential function can be adopted to fit the attenuation relationship of the dynamic stress vs. depth; (3) the dynamic compressive stress of subgrade top surface is the largest in winter, then followed by spring and autumn, and the least in summer, while the corresponding trend is quite the opposite in the interior of subgrade; (4) the dynamic compressive stress surrounding the wide gap decreases with the rise of train speed, however vibration response tends to be stable at certain critical speed, and the critical speed decreases with depth below subgrade surface; (5) the additional dynamic stress at the natural permafrost table can be notably reduced by appropriately increasing the embankment height. The drawn conclusions can, believed by the authors, provide certain theoretical insight for the safety evaluation of QTR operation, vibratory subsidence prediction, as well as the construction of permafrost subgrade.