重载列车作用下桥墩-桩基竖向动荷载特性试验研究

为探明大轴重、长编组和高密度重载列车作用下桥墩和桩基承台顶的动荷载特性，开展不同车速和轴重条件下的桥墩-桩基体系竖向动荷载响应现场试验。分析桥墩动荷载曲线的时域、频域特征，采用Kolmogorov法对动荷载幅值进行正态性检验，建立列车参数与动荷载频域特征的联系；基于3σ原则对不同敞车作用下的动荷载特征值(均值、均幅值和均峰值)进行统计，结合实测数据建立重载列车作用下的墩顶动力系数计算公式，并提出墩顶和桩基承台顶的荷载谱公式及其参数取值。结果表明：动荷载响应在时域上可分为快速增加，周期波动和快速衰减3个阶段，在频域上服从倍频规律和幅值调制效应，0~5Hz频段激振对动荷载起控制作用；动荷载幅值服从正态分布，动荷载均峰值和振动能量沿墩身衰减明显，动荷载均值和均峰值随轴重增大而增大，均幅值随轴重的增加而减小；建议采用φ=1+0.0045v计算墩顶动力系数，采用三角级数式拟合桥墩荷载谱效果显著。研究成果可为重载列车作用下桩基的长期承载变形性状及环境振动评估的研究提供关键参数和可靠检验样本。     

列车振动荷载作用下公轨合建隧道及周围土体动力响应特性研究

为了研究列车振动荷载作用下公轨合建隧道及周围土体的动力响应特性,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,基于时频分析研究隧道管片和内部结构的动力响应特性以及振动波在地层中的衰减特性。研究结果表明：列车荷载作用下全频域范围内,隧道管片结构动力响应随着频率的增大而增大,而内部结构上部车道动力响应表现为随频率的增大先增大(0～140 Hz)后减小(140～200 Hz)。就不同位置动力响应衰减幅度而言,上部车道最大,其响应平均衰减幅度为20.05dB,相应地时域上峰值加速度的衰减幅度为72.6%。此外,考虑列车振动荷载的移动效应会使隧道结构的动力响应增大,移动荷载作用下道床处峰值加速度增加了约105%,内部结构侧壁处增大了41.9%,侧壁与上部车道连接处增大了47.3%,上部车道中心处增大了22.3%。单次列车振动荷载作用过程中隧道结构的最大位移发生于拱底,其峰值为3.85 mm。     

秦沈客运专线路基振动测试分析

利用环境激励与列车荷载激励,对秦沈客运专线路基振动进行测试,通过频谱分析,得到了列车荷载作用频率、路基自振频率与列车荷载作用下路基振动频率,分析了路基振动频率及振动加速度与列车速度的关系。结果表明,列车荷载作用下路基振动与路基自振频率与列车速度密切相关,在一定列车速度下路基振动加速度达到最大值。     

重载铁路过渡段路基动力响应特性试验研究#br#

掌握列车移动荷载作用下路基的动力响应特性可为路基沉降预测,状态评估提供依据。开展重载铁路过渡段路基动力响应测试,研究动位移峰值沿线路纵向及边坡方向的变化规律,分析路肩处动位移峰值的随机分布规律。研究列车动荷载作用下路基的动力响应特征,并揭示振动能量沿路基边坡的衰减规律。结果表明：列车动荷载对路基的作用具有明显的周期性,可将相邻车厢的两个前后转向架作为一个加载单元,在该加载单元的重复作用下路肩处的动位移峰值服从正态分布。重载列车动荷载作用下路基的振动频率主要分布在0~20Hz范围内,振动能量从路肩向坡脚方向衰减剧烈,基床层受列车动荷载影响显著,而基床以下路基受列车动荷载影响非常微小。分析结果有助于评估列车荷载作用下路基的瞬时及长期动力稳定性,同时为采用模型试验及数值分析手段研究路基动力响应特性时准确模拟重复列车动荷载提供了思路。     

有砟、无砟轨道型式下货运列车振动对基底围岩的影响规律研究

文章对比分析有砟轨道及无砟轨道两种型式下,隧道基底围岩的振动响应规律。以车速为60km/h的C80型货运列车为激励荷载,考虑10t、15t、20t、25t、30t、35t六种轴重工况,建立三维动力有限元模型进行对比分析。结果表明:相同轴重时,两种轨道型式下隧道基底围岩加速度的衰减规律基本相同,无砟轨道的响应量级及随深度的衰减梯度均大于有砟轨道;随轴重的增加,两种工况下的基底振动响应均单调增加,无砟轨道工况的变化梯度大于有砟轨道工况;从列车振动影响角度考虑,在同等围岩等级地段修建重载铁路建议优先采用有砟轨道。     

季节冻土区铁路路基振动加速度现场监测

为研究季节冻土区铁路路基在不同冻结时期振动特性,针对典型深季节冻土区大庆分别在冻结期、春融期和正常期进行列车行驶路基振动加速度的现场监测。研究结果表明:1季节冻区路基振动加速度有效值衰减速曲线可用负指数函数拟合;2路基振动强度受列车类型、行驶速度、列车编组、列车载重等因素共同影响;3受环境温度变化的影响,在冻结期自路基基床表层向下冻结,这部分冻结层使路基强度和刚度增加,阻尼比减小,因而导致加速度幅值在纵向和竖向被放大而在水平方向被抑制;4在春融期自基床表层向下开始解冻,由于其下部土体仍处于冻结状态,融化产生的水分无法及时从底部排出,于是形成饱水层使结构层强度大大降低,此时在上部列车荷载作用下,加速度幅值在纵向和竖向被抑制而在水平略有增加。     

季节性冻土区铁路路基动力响应模拟

为了研究列车荷载作用下季节冻土区铁路路基的动力响应规律,采用ABAQUS有限元软件建立京哈铁路路基模型,平衡初始地应力,并以此为基础,对单次列车荷载以及长期列车作用下的高铁路基进行动力响应数值模拟分析。结果表明,在单次列车、列车长期荷载作用下,对比不同时期路基的位移场、应力场变化情况,得出季节性冻土区夏季温度较高时,单次列车荷载下路基表面竖向位移、速度、加速度、应力值均大于冬季,在相同深度处各值的衰减程度也大于冬季;同一时期单次列车荷载与列车长期荷载分别作用下,单次列车荷载作用下的路基竖向位移与应力等值大于列车长期荷载作用下的结果。     

某隧道洞口仰坡动力响应现场测试研究

通过现场试验,测试了不同车辆轴重与车速对隧道仰坡动力响应的影响,分析了不同车速和车辆轴重的列车通过时,引起隧道仰坡的动力响应特性,指出仰坡的动力响应与列车的速度有关,在列车的速度不断增大时,隧道仰坡的振动加速度峰值也相对增大,且仰坡中部的加速度峰值比仰坡底部要略大一些;从对仰坡实测数据的频谱分析和1/3倍频程分析中可知,仰坡的动力响应特性与列车的轴重有关。     

车致振动荷载作用下富水软弱地层中盾构隧道动力响应分析

开展富水软弱地层中列车荷载作用下盾构隧道动力响应特性研究,以期为盾构隧道结构减振技术及地基土液化评判提供理论依据。采用模型试验与数值模拟相结合的方法,以时域、频域分析为基础,分别以孔隙水压力、频响函数与峰值加速度为评价指标,研究列车振动荷载作用下富水软弱地层中超静孔隙水压力、超静孔隙水压力比的响应规律以及盾构隧道管片结构与周围富水软弱地层的竖向加速度响应规律。研究结果表明：列车荷载作用下,富水软弱地层中的超静孔隙水压力峰值随着测点远离隧道而迅速减小,因此列车振动荷载对隧道周围富水地层的孔隙水压力的主要影响范围较小,主要集中在隧道底部以下约2 m范围内;借助频率响应函数(FRF)将时域结果转化为频域结果,分析发现在列车振动荷载作用的频域区间内,隧道结构与周围富水地层的竖向振动加速度级与荷载频率呈正相关,整体来看,加速度级在低频段(0～80 Hz)内的增幅明显大于中、高频段(80～250 Hz);相较于低频区段(0～80 Hz),中、高频区段(80～250 Hz)的振动波衰减更快。     

列车荷载对冻土路基动力响应分析

采用有限元软件建立列车荷载作用下冻土路基结构动力反应的数值模型,分析了列车荷载作用下冻土路基动力响应沿深度方向的分布规律,并探讨了冻土层和列车速度对路基振动反应的影响规律。所得结论为铁路路基设计和加固提供了理论依据。     

加筋土挡墙在重复荷载作用下的模型试验与动态响应分析

通过对加筋土挡墙在列车车辆重复荷载作用下的模型试验，得出了加筋土挡墙的动态响应特性，水平；坚向加速度及位移均值随挡墙高度的变化规律。推导了加筋土挡墙在重复荷载和稳态阻尼作用下的竖向位移、速度、加速度振动方程。     

铁路简支梁桥动力响应数值分析与实测验证

以某铁路简支梁桥为工程背景,基于有限元软件ANSYS实现了列车荷载作用下简支梁桥自振特性分析与动力响应计算,并利用现场实测加速度响应对有限元计算结果进行了验证。基于验证后的有限元模型,研究了跨径、车速及车重等关键因素对铁路简支梁桥动力响应的影响,采用移动荷载模型分析该简支梁桥在列车荷载作用下的动力响应。结果表明:简支梁桥自振频率及加速度特征值与有限元计算值总体上吻合较好,但由于现场实测存在多种环境因素干扰,局部对比结果存在差异;有限元计算的加速度平均值大于现场实测值,但幅值相差不大且都呈周期性变化;桥梁1阶及3阶自振频率的实测值与有限元计算值较为接近;跨径、车速及车重等关键因素均对桥梁动力响应产生一定影响,随着列车车速的提高,简支梁桥动力响应明显增加,列车驶离桥梁后,桥梁自由振动的振幅随车速的提高显著增大;简支梁桥跨径与车重均对跨中截面挠度影响显著,在设计过程中应予以重视;所得结论可为铁路桥梁的动力性能评价提供参考。     

列车振动荷载作用下管片接缝对盾构隧道衬砌结构与周围软土地层动力响应影响研究

 为探究盾构隧道管片接缝对于隧道结构及周围软土地层的动力响应的影响,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,借助2种不同的盾构隧道模型--忽略接缝的均质圆环模型与考虑接缝效应的管片衬砌拼装模型,以频域分析为基础,模拟计算列车振动荷载全频域内隧道衬砌结构及周围软土地层的频率响应函数,分析在不同频率荷载作用下衬砌结构的内力分布规律。研究结果表明：在列车振动荷载作用的频域区间内,隧道结构和软土地层的竖向加速度响应均呈现出随频率升高而增强的趋势,在低频段(0～60 Hz)增长迅速,中高频段(60 Hz以上)则增速放缓;管片接缝的存在使隧道结构的动力响应明显降低,最高幅值可达10 dB,但影响范围主要集中于40～200 Hz的中高频率荷载区段;管片接缝对软土地层的动力响应也具有一定的影响,但影响程度远小于隧道结构本身;管片内力主要集中于施加振动荷载的拱底附近,接缝对管片环所受轴力有较为明显的影响,而对结构所受弯矩影响较小。从模型试验与数值模拟计算结果可以看出,考虑列车振动荷载作用下隧道衬砌结构的动力响应时,应充分注意管片接缝的影响。     

孔隙水-力耦合作用下高速铁路轨道-路基结构动力响应分析

以某段高速铁路实际运营情况下轨道路基结构为工程背景,建立孔隙水-力耦合有限元模型,计算移动列车荷载作用下高速铁路路基动力响应,进而分析上部列车移动荷载作用下路基内孔隙水对轨道-路基结构动力响应的影响。研究结果表明,在孔隙水渗流和移动列车荷载的耦合作用下,基床表面以下应力分布较均匀,而基床表面以上的支撑层和钢轨承受较大应力;移动列车荷载在钢轨表面加载位置处存在应力扩散,钢轨表面中点位移变化及基床表面中点应力变化存在明显的锯齿状分布;路基内孔隙水头及列车行驶速度均会对路基动力响应产生影响,即路基动力响应主要受孔隙水头和列车行驶速度控制。     

高速铁路路基动力响应有限元分析

根据高速铁路列车对路基结构运行的特点,结合路基结构形式,基于弹塑性本构关系,利用有限元软件MIDAS/GTS,选取模型参数,建立轨道-路基体系的三维有限元计算模型,对轨道和路基动力特性进行研究,分析路基在高速铁路列车振动荷载作用下的变形特性,以及路基动位移和动速度随路基深度变化的动力响应特性,并找出其规律性,对高速铁路路基设计具有重要的指导意义.     

车辆行车荷载对铁路路基加速度响应情况分析

路基工程作为铁路建设中最重要的一个组成部分,其稳定性直接影响列车运行的安全问题。鉴于此,以陇海线某段沉降路基为例,通过对列车通行时的加速度响应情况现场检测,分析得出如下结论:列车行车荷载对铁路路基加速度的响应情况随着测点离线路变远而逐渐减弱,此外,当线路上有列车通行时,列车荷载产生的振动叠加作用会对整个线路造成扰动;当先后通过线路的两列车通行时间相距较近时,会在两列车的通行间隙产生加速度叠加响应,且叠加后的加速度值较大;列车行驶对铁路路基产生的加速度响应情况与列车类型、车辆载重、行驶速度及车厢数有关。通过分析A2,B1,B2,B3四个测点的加速度衰减情况,得知在所设测点位置处铁路路基未发生沉降,沉降产生位置只在线路正下方附近。     

列车移动荷载下高速铁路板式轨道路基动力性态的全比尺物理模型试验

列车移动荷载下高速铁路板式轨道路基的振动特性和动力荷载传递规律对高速铁路的设计和运行维护十分重要。介绍了一种全比尺的高速铁路板式轨道路基模型和可模拟真实列车荷载高速移动的分布式加载系统,最高模拟列车速度可达360 km/h。基于该模型试验平台,对中国高速列车以不同速度运行下板式轨道路基的振动和动应力特性进行了试验研究。结果表明轨道结构的振动随着车速的提高近似呈线性增加的趋势;路基结构的振动存在阶段性,列车速度低于180 km/h时振动速度增长缓慢,而后随着速度的增加迅速增大;基床表层的碎石层对振动在路基中的传播有很好的吸收作用。试验发现,尽管无砟轨道路基表面的动应力水平远低于有砟轨道,但无砟轨道路基动应力沿深度的衰减速度要缓于有砟轨道。试验进一步发现,无砟轨道路基动应力的增长模式与列车速度和土体所处深度均有关,基于试验结果提出了用于预测高速铁路路基动应力的经验表达式。     

意杨旋切板胶合木正交肋梁箱型楼盖振动特性试验研究

为研究意杨旋切板胶合木(laminated veneer lumber, LVL)正交肋梁箱型楼盖竖向动力特性和人致激励响应规律，对6个足尺箱型楼盖进行了模态测试和人致振动试验。基于振动响应(峰值加速度和加速度振级)结果，分析了箱型楼盖的构造形式和人致荷载工况对楼盖振动响应的影响。结果表明：刨花板(oriented strand board, OSB)厚度、肋梁高度和短肋梁间距分别为18.3、285 mm和600 mm的箱型楼盖具有最大的第一阶自振频率和阻尼比，呈现最优动力特性；箱型楼盖的峰值加速度随着OSB覆面板数量和肋梁高度的增加而减小，随着OSB覆面板厚度和短肋梁间距的增大而增大；随着步频和行走人数的增加，楼盖的峰值加速度逐渐增大；当步频相同时，箱型楼盖在单人跳跃下的峰值加速度比原地踏步或连续行走时的大。提出了箱型楼盖一阶自振频率和在单人行走或跳跃下峰值加速度的计算方法，计算值与试验值吻合良好。     

高速铁路路基动力响应研究

针对京沪高速铁路上一处典型路基,利用Fortran语言编制车辆-轨道-路基动力大耦合计算程序,考虑轨道的不平顺性,对高速铁路路基的动力学特性进行了研究,得出以下结论:加速度、动应力以及位移随深度的增加而呈非线性减小,前两者最后趋于稳定;总体来讲,路基内的动应力值随列车速度的增大而增大。然而,路基本体内部不同埋深处的峰值加速度和峰值动应力、基床表层处的水平和竖向位移随着列车行驶速度的增加呈现多峰值现象。列车的轴重对基床表层处的竖向位移和路基本体内的动应力具有显著影响,但是对前者的影响要明显强于后者,在后续重载铁路设计中需要重点考虑。     

列车荷载作用下联络横通道对平行交叉盾构隧道振动影响机制的试验研究

城市地铁中广泛存在由联络横通道连接形成的平行交叉盾构隧道,在列车振动荷载作用下该特殊结构段的动力响应问题更加突出。通过建立有、无横通道的2种平行交叉的盾构隧道模型,研究列车荷载作用下平行交叉盾构隧道的动力响应特征,探明联络横通道对两主隧道振动响应的影响机制,得到以下结论：联络横通道的存在将会减小列车荷载所在隧道的动力响应,其影响范围约为横通道宽度的2倍;而对于相邻的另一主隧道,当中心频程低于125 Hz时,衬砌结构的三分之一倍频程因横通道的存在而增加,且频率越低影响越大。横通道对两主隧道振动响应的影响机制在于：横通道结构的整体性和密实性远高于土体,列车行驶产生的振动波在横通道中传播的损耗低于土体,且频率越低的振动波在传递过程中损耗更快。