提速对既有线路桥过渡段路基动力响应影响分析

基于无限元人工边界建立了既有线有砟轨道路桥过渡段路基在动荷载作用下的三维有限元模型,模型考虑路桥过渡段倒梯形的结构形式,利用一系列移动轮载扩散到路基面的动面力模拟编组列车通过过渡段产生的动荷载,分析了既有线列车通行速度在现行速度80km/h和目标速度160km/h范围内变化时,路桥过渡段在动荷载作用下的路基动力响应规律。研究发现:列车速度从80km/h提升至160km/h后,路基面动应力峰值将增大20%左右;相比普通路基,路桥过渡段路基在提速条件下会产生较大的动应力;路基面动应力沿基面以下深度方向呈指数形态衰减。     

高速下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(动应力、动应变)规律进行了研究。研究表明:路基最大动响应曲线与平均动响应曲线变化趋势相同;对于相同行车速度,纵向(沿线路基床水平方向上)动响应曲线呈"V"形变化、动响应增量曲线呈不规则"N"形变化,而垂向(与地面铅垂方向上)则是随深度的增加动响应呈衰减趋势,并且在基床面浅处(0.6m左右)衰减幅度较大;纵向、垂向上的动响应都有随车速提高而减小的趋势,并且其减小幅度与车速高低紧密相关。同时,提出了预测过渡段路基动响应变化趋势的列车轴重变化系数计算公式,以及"超高"填筑路基减小过渡段沉降差值和动响应的设计思路,研究结果为高速铁路过渡段的设计与施工提供了重要基础。     

遂渝线提速试验路堤路堑过渡段动应力分析

通过对遂渝线路堤路堑过渡段动应力的现场测试,研究在列车200 km/h运行速度下,路堤路堑过渡段沿线路纵向的动应力分布规律;分析路基刚度变化对路基动力响应的影响以及对线路运行状态的影响,并将该段测试的路堑、过渡段、路堤三组数据进行对比。研究得出:由于在路堤路堑过渡段并未设置较好过渡措施,所以路堑段和路堤段存在着较大刚度差问题,表现为过渡段及其附近位置的路基面动应力值波动相对较大,对列车的高速行驶造成不利。     

高速铁路路桥过渡段振动特性试验研究

通过某高速铁路试验段现场动载试验,测试过渡段不同断面、不同深度处路基的动应力、弹塑性变形和路基综合动刚度,分析在模拟列车动荷载作用下的动态反应和工程特性。测试结果表明:①级配碎石基床表层对过渡段路基动应力的衰减效果明显,基床表层动应力衰减系数沿纵向逐渐减小,基床底层则逐渐增大;②各断面弹塑性变形主要集中在基床表层,沿纵向呈增大趋势,沿深度逐渐减小;③路基综合动刚度与基床表层、底层、路堤本体的刚度有关。过渡段路基从动应力传递规律、弹塑性变形、路基综合动刚度等方面起到了过渡作用。     

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。     

武广高铁某涵路过渡段动力特征分析

以武广高铁密集涵洞过渡段为例,建立了列车-轨道耦合的三维动力学分析模型,分析了350km/h高速行车条件下过渡段路基的动力响应特性。分析表明:①过渡段路基基床表层、底层的竖向振动的位移、速度、加速度均在涵洞顶最小,在涵洞侧面出现较快速增长;动应力的变化趋势则与之相反,在涵洞顶最大,涵洞两侧逐渐降低。②动响应沿路基深度呈指数函数形式衰减,基床表层至基床底层衰减较快,路基面下1m左右动响应幅值衰减渐趋于平缓,路基面下3m动响应衰减基本趋于稳定。其中振动加速度衰减最为明显,动位移、振动速度、动应力衰减则相对较缓。现场实车试验测试值与仿真计算值较为接近,表明采用的仿真分析方法较为可靠。     

考虑列车轴载时序的有砟轨道路基动应力频响特性

列车移动轴列荷载经轨道结构传递扩散至路基,引起的动应力受车辆几何参数影响具有周期性。以单位脉冲函数描述轴载时序的周期特征,引入颗粒介质随机应力扩散理论建立单轴载沿深度扩散分布模型,运用卷积定理推导路基动应力时程及频谱表达式,分析高速铁路有砟轨道路基动应力主频过渡、幅度抑制、快速衰减特性及随列车编组、路基深度的演化规律,并通过现场实测进行验证。研究表明：随列车编组n增加,路基动应力频谱主频由车辆定距频率fb整数倍逐步过渡到车长频率fc整数倍,中国标准动车组条件下存在基频f₁=(1+0.398/n^1.546)·f_c拟合关系;车长频率fc部分整数倍Nr所对应频率f_r=N_r·f_c出现幅度抑制为零现象,由车长L_c和轴距L_a决定,产生周期性幅度抑制条件需满足0.5L_c/L_a为整数;路基动应力频谱谱峰值随主频增加呈快速衰减趋势,并沿路基深度大幅降低,幅度衰减90%所对应截止频率由基床顶面的11倍f_c减至基床底部的2倍。研究成果对深入分析高速铁路路基动力响应特性具有参考价值。     

基于行车试验的高铁路基面动应力幅值概率分布规律及设计值研究

高速列车荷载作用下路基动应力的大小直接影响到路基沉降变形及长期动力稳定性,现很多高铁线路路基动力响应数据仍处于“信息孤岛”状态,信息共享不充分和综合再分析不够,较难获得更具普遍意义和价值的路基动应力响应规律。鉴于此,采用现场实测、调研收集和数理统计分析的方法研究高速列车荷载作用下路基面动应力大小及概率分布规律,探讨《高速铁路设计规范》中路基面设计动应力幅值计算公式的适应性,并提出高铁路基面设计动应力幅值的计算公式。主要结论如下：①高铁无砟、有砟轨道路基面动应力幅值均服从正态分布,并统计获得了其特征值(均值μ、标准差δ,“3δ规则”的上下限值);②路基面动应力幅值与列车速度的关系：对于高铁无砟轨道,当v≥150km/h,路基面动应力幅值基本保持不变;当v≥150km/h时,动应力幅值随速度线性增加。对于高铁有砟轨道,动应力幅值随速度增大而线性增加。高速无砟、有砟轨道路基面动应力幅值的速度影响系数α分别为0.0015和0.0012;高铁无砟铁路轴重系数β=0.074,约为普通和高速有砟铁路β值的1/3～1/2;③提出高铁无砟、有砟轨道路基面设计动应力幅值计算公式分别为σdl=0.119P,v<150km/h,σdl=0.119P［(1+0.0015(v-150)］,v≥150km/h(无砟)和σdl=0.27P(1+0.0012v) (有砟)。研究成果可为高铁路基设计参数取值提供参考及其设计动应力幅值计算公式的修订提供依据。     

高速列车随机激振载荷无砟轨道路基的动应力分布规律

相较于传统的列车-轨道-路基整体耦合三维有限元模型,提出一种优化处理列车荷载的方法,基于多体系统动力学理论建立列车-轨道垂向耦合模型,并通过数值计算得到考虑了轨道随机不平顺条件下的轮轨激振载荷,随后利用二次开发子程序将轮轨载荷导入无砟轨道-路基-天然地基土非线性数值分析三维有限元模型,在此基础上研究分析高速移动荷载作用下路基的动应力分布规律。研究结果表明:采用的车辆荷载处理方法在保证计算精度的前提下代替车辆-不平顺轨道-路基-地基整体耦合振动模型,降低了建模及计算时间成本;竖向动应力沿横向分布规律,在轨道结构中数值较大,路基基床内远小于轨道结构中的数值,基床表层及基床底层底面出现"马鞍形"分布;沿竖向分布,随着深度的增加,竖向动应力逐渐减小,在基床表层内的衰减率较大,甚至超过50%;沿纵向分布,在各结构层内产生了与转向架数目相等的应力峰值数目,列车运行过程中轨道及路基动应力的变化可以看作是反复的加、卸载过程;列车移动速度对路基动力响应影响作用明显,时速由200km/h增长到350km/h时,各结构层动应力幅值增长均超过30%。     

高速列车荷载作用下新型路桥过渡段的动力学特性研究

针对郑西高速铁路上使用的新型路桥过渡段,利用Fortran语言编制车辆-轨道-路基动力大耦合计算程序,深入分析了高速列车荷载作用下规范规定的路桥过渡段的动力响应和新型路桥过渡段动力响应之间的差别,得出了以下结论：①新型路桥过渡段较规范规定的路桥过渡段降低了过渡段上边界被拉裂的危险;②新型过渡段的轨面变形沿线路走向方向呈线性分布,而规范规定的路桥过渡段则是在桥台后一定范围内呈现曲线分布,并且前者的最大沉降量小于后者;③新型过渡段的轨面弯折角沿线路方向呈抛物线分布,且远远小于后者。总体来讲,新型路桥过渡段较规范规定的路桥过渡段更能够实现由刚性桥台向柔性路基的平稳过渡。     

客运专线铁路路基声屏障新型预应力立柱试验研究

我国客运专线列车设计时速将达到350km,路基轨道两侧声屏障受到的脉动力也随之增大,传统插板式声屏障采用螺栓连接的钢立柱易出现螺栓松动和钢材锈蚀等现象,为此,采用预应力混凝土立柱(PC)替代钢柱则不仅能有效解决这些问题,而且,PC柱比普通混凝土柱的抗裂、抗疲劳性更优越。此外,考虑声屏障施工工效,提出了预制PC立柱的两种快速装配连接形式,即插入式后浇连接和螺栓连接。通过4个立柱试件的模拟正负列车风压及台风风压的双向推覆荷载试验,表明了插入式连接PC立柱的插入深度达到1.5倍截面高度时,在台风的设计荷载作用下,立柱不会开裂,立柱顶部侧向位移小于L/250,结构近似保持弹性工作状态;螺栓连接PC立柱满足非台风地区时速350km客运专线路基声屏障的设计要求。     

论大型工程项目的工程质量控制--秦沈客运专线工程质量管理体会

秦沈客运专线是我国第一条时速160km以上铁路客运专线，其建设成败关键到我国今后的铁路建设，其中京沪线的试验段，建设意义深远，施工质量要求更高，施工过程中的施工质量控制尤其重要。如何搞好这些大项目的工程质量控制，结合中铁十二局集团秦沈指挥部的工程质量管理实践谈了几点体会。     

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。     

水泥改良土的动力特性试验研究

为了扩大高速铁路路基基床底层填料的使用范围，进行了水泥改良土的动三轴试验，分析了水泥改良土在列车重复荷载作用下的动力特性，研究了水泥改良土的临界动应力、累计塑性变形、弹性变形和回弹模量的变化规律及影响因素，论证了水泥改良土作为高速铁路路基基床底层填料的可行性。     

秦沈客运专线丁香特大桥双线双曲钢箱梁的制造技术

丁香特大桥位于时速 2 0 0km/h的高速铁路的秦沈客运专线上 ,其钢 -混凝土结构组合连续梁为双线双曲上承式箱梁。这种桥型在我国铁路上首次采用。针对这种结构特点 ,详细地介绍了它的制造技术难点和制造工艺要点及措施。     

高铁桩网复合结构路基长期运营沉降模型试验研究

高铁路基沉降控制是保证列车安全性和舒适性的重要因素。随着高铁运营时间增长,软土地区高铁路基长期沉降问题越来越引起关注。针对京沪高速铁路徐沪段某试验段,开展了桩网复合结构路基长期循环动态加载物理模型试验,获得了路基沉降、桩土应力分担及桩身轴力分布的变化规律。试验结果表明:在初始1000次加载时,路基沉降随加载次数增加明显,之后达到稳定;桩上部位置土体变形大于桩身变形,桩侧呈现负摩阻力,中性点位于距桩顶约2/3桩长位置;桩身轴力随加载次数增加而增大,说明桩分担荷载增加,当达到4万次加载后,轴力随加载次数增加不再明显。