参数化分析列车运行产生的路堤–地基振动

 为预测和分析高速列车运行产生的轨道和路堤振动及波动在沿线周围地基中的传播，利用2.5维有限元方法建立了轨道、路堤和下卧层地基在移动荷载作用下的动力耦合分析模型及无路堤情况下的轨道地基模型，求解三维地基的动力响应。对高速或低速运行的列车多轮重荷载产生的路堤和地基振动进行对比分析。通过参数化分析明确轨道刚度、路堤高度、地基土的剪切波速及阻尼系数、列车速度和振动频率等参数对地基振动和传播特性的影响。给出的方法和结论可用于分析软土地基上运行高速列车时的稳定性问题和评估列车运行对周围环境的振动影响。     

基层对水泥路面长期性能的影响研究

基层力学参数对水泥混凝土路面板的受力有很大的影响。采用三维有限元法分析了基层参数,包括基层模量、厚度以及层间接触界面特性对水泥混凝土路面板的荷载应力、温度翘曲应力、路表弯沉的影响。结果表明:提高基层模量和厚度可以有效降低路面在车辆荷载作用下的应力,提高基层的支承刚度,从而减小板角挠度,防止产生初始局部脱空。提高基层的模量和厚度可以改善基层顶面的挠度分布。     

列车移动荷载作用下分层地基响应特性

用分层半空间上周期性支撑的欧拉梁模型求解多层地基和铁路轨道在列车运动荷载作用下的振动问题,通过Fourier积分变换得到轨道运动的格林函数表达式,并用矩阵传递法导出地基对轨枕的支撑刚度,结合轨道和地基运动的整体方程得到振动解。通过实例计算分析不同速度的列车在软土地基上运行时分层地基的波动特性和地基内部振动变形的分布规律,发现地基振动特性主要取决于列车的运行速度和地基的土层性状。     

简谐移动荷载下轨道结构响应研究

为了分析简谐移动荷载所导致的粘弹性地基上无限长轨道的振动传播现象,在随荷载移动的动态坐标系下联立轨道的横向振动微分方程,引入边界条件得到瞬态响应的解析表达式,分析梁在不同激振频率和运行速度作用下的轨道结构瞬态反应。结果表明:轨道结构存在临界速度。如果荷载运行速度小于最小临界速度,那么振动只在移动荷载处出现。如果荷载运行速度处于非零最小临界速度附近,轨道结构运动剧烈。如果荷载速度超过最小临界速度时,振动则可以波及整个结构。     

碎石化层孔隙水压力研究

旧水泥混凝土路面再生技术之一——碎石化已经被广泛应用于道路工程中,但碎石化层孔隙水压力因加载方式不同对路面基层的影响则不同。因此,建立了饱水状态下碎石化层有限元模型,得到了动荷载作用下碎石化层孔隙水压力,并分析了对孔隙水压力的影响因素,对4种典型结构的孔隙水压力进行了对比。研究结果表明:在加、卸载过程中,碎石化层顶部孔隙水压力从正值变化至负值;计算点位自上而下选取时,孔隙水压力峰值先减小后增加,然后再减小;碎石化层顶部孔隙水压力随着面层厚度和模量、基层模量的增加而减小,随着基层或面层渗透系数、荷载以及车辆行驶速度的增加而增加。     

混凝土路面面板与基层缝隙注浆加固技术研究

我国是水泥生产大国,混凝土在道路工程中具有运输方便、成本低、强度高等优点。在车辆荷载和水的共同作用下,混凝土面板与基层直接容易发生脱空、唧泥,形成路面脱空,空隙被水软化的基层,改变了路面受力特性,使混凝土面板承受较大的剪切应力而发生破坏。将注浆技术运用到路面地基加固工程,在排除路面面板与基层缝隙中的空气、水和泥浆的同时注入强度较高的浆液,粘结并固结,能使面板与基层密贴,改善受力体系,同时浆液也可填充基层较大的空隙并粘结,提高其承载力和刚度,对类似工程具有参考意义。     

浅谈公路路面底基层施工质量控制的要点分析

随着高速公路发展速度的逐渐加快,沥青混凝土路面作为主流得到大范围的应用。由于沥青混凝土路面层存在较小的刚度,存在较弱的荷载分由能力,作为半刚性沥青路面的主要承重层,高级底基层得到了大范围应用。所以,路面底基层施工质量控制显得极为关键。     

轮胎桩单桩复合地基承载力的试验研究

为提高散体材料桩的力学性能和废弃橡胶轮胎在建筑领域的应用,提出一种新型轮胎桩。由于橡胶轮胎具有很好的环向及径向抗拉强度,在荷载作用下,可以有效发挥橡胶轮胎的环箍作用,增强散体材料的抗剪切能力。笔者通过室内模型试验研究了轮胎桩复合地基承载力特性以及轮胎桩内不同填充物、不同直径的轮胎桩和不同下卧层刚度对轮胎桩复合地基承载性状的影响。结果表明:轮胎桩单桩复合地基能够减小地基沉降,增加地基承载力;橡胶轮胎桩中填充料的性质可以影响轮胎桩单桩复合地基的承载能力,混凝土废骨料可以代替河砂作为橡胶轮胎桩的填充物;轮胎桩复合地基随着轮胎尺寸的增加,承载力先变大后减小;下卧层刚度的变化对轮胎桩复合地基承载力的影响较大。     

意等级公路路拌法施工

高等级公路路面结构一般分为面层、基层(包括底基层)及垫层。其中基层主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并把它扩散到垫层和土基中，因此，基层应具有足够的强度和刚度，也应具有足够的平整度和水稳定性，并受温度、湿度变化影响较小。     

橡胶应力吸收层对半刚性基层沥青路面力学特性的影响分析

运用有限元分析软件ANSYS(V12.1)建立半刚性基层沥青路面结构模型,对比了半刚性基层沥青路面在静荷载以及静荷载和水平荷载耦合作用下,设置高弹性橡胶沥青应力吸收层前后的路面结构力学响应,通过分析发现:路表竖向位移对水平荷载不敏感,高弹性橡胶沥青应力吸收层对路面整体刚度的影响随着水平荷载系数的提高而有所提高;沥青层底弯拉应力对水平荷载不敏感,高弹性橡胶沥青应力吸收层对路面整体强度的影响维持在23%的水平;沥青层最大剪应力随着水平荷载提高而显著增大,高弹性橡胶应力吸收层对路面整体抗剪强度的影响同样随水平荷载提高而提高,当水平荷载系数为0.5时,整体抗剪强度提高率为32%。     

基于振源-传播模型的地铁引起地面振动数值预测

针对上海地铁运行引起地面振动的预测问题,应用振源模型计算不同车速对轨道基础的激振力,应用传播模型计算不同激振力输入下的地面振动加速度,建立了“地铁-隧道-土层”系统动力有限元模型。通过对比数值模拟结果与实测结果,分析了不同因素对地铁引起地面振动的影响规律。结果表明:随着地铁车速增加,振源激振力和地面振动加速度的幅值均明显增大;地面上距地铁中心线30 m范围内各点振动加速度峰值随距地铁中心线距离由近及远呈幂函数形式衰减;地面振动加速度频率主要为低频振动,随着距地铁中心线距离的增大,高频衰减相对于低频更为明显;建议上海地区建筑尽量在地铁中心线20 m范围外进行规划,或采取降低设计车速、减轻车辆荷载、优化隔振措施等方法,减少地铁运行引起地面振动对地面建筑及居民生活的影响。     

车辆动态荷载系数的主要影响因素分析

为了弥补现行规范将车辆荷载的动态荷载简化为静载的不足,本文应用四分之一车辆振动模型,系统分析了路面不平整度的振幅、坡长、车速、装载率等主要因素对动态荷载系数的影响规律。结果表明,车辆的动态荷载系数随着车速、振幅的增大而增大,随着装载率的增大而减小,随着路面坡长的增大而有减小的趋势。文中的研究成果可以为路面设计提供必要的荷载参数。     

沥青路面动应变响应及其动荷载作用等效换算

通过现场动态实测试验,获取了在FWD冲击荷载与BZZ-100标准行车荷载作用下沥青面层底部的应变响应特征及其温度敏感性,研究了FWD冲击荷载与标准行车荷载作用间的等效换算关系。研究表明:在动荷载作用下,沥青面层底部主要呈受拉状态,其纵向应变响应大于横向应变;应变响应量随FWD荷载增大而增大,随行车荷载车速增大而减小;面层层底应变响应的温度敏感性主要与路面结构组合有关,受荷载变化的影响较小;面层底应变响应的温度敏感性排序为:倒装式路面S2>组合式路面S3>半刚性路面S1;随着FWD荷载增大,与其等效的行车荷载所对应的车速水平逐渐降低;在相同FWD荷载下,不同类型路面对应的等效行车荷载速度水平为:S1>S3>S2;建立了FWD荷载与标准行车荷载间的等效换算关系,有助于FWD荷载更准确地模拟实际行车荷载。     

吴淞江大桥车辆激励对人非桥行人舒适性的影响研究

吴淞江大桥的附属人非桥通过悬吊杆悬挂在主线车行桥下,车辆通过所引起的振动效应会造成人非桥的振动,从而可能会影响行人舒适性。建立全桥的三维空间有限元模型对结构的动力特性进行分析,采用分离迭代法编制车—桥耦合振动空间分析程序,考虑设计车辆、随机车流以及不同车速和路面粗糙度,求解吴淞江大桥在车辆激励下的振动响应,以车致振动下结构所产生的最大加速度来评估人非桥的行人舒适性。通过分析得出,吴淞江大桥在车辆激励下,人非桥的行人舒适性满足要求,且舒适度等级较高。     

车辆荷载对支护桩主动土压力的影响分析

通过现场车辆加载试验,测定加载过程中产生的加速度及桩后土压力,分析车辆的振动特性,得到了振动加速度随时间变化的关系式。进而基于极限平衡分析理论,得到了车辆荷载作用下桩后主动土压力的计算表达式,并讨论了水平振动加速度系数、土体内摩擦角、土体重度及桩–土外摩擦角对桩后主动土压力大小和分布的影响。结果表明:车辆行驶速度越大,引起的响应峰值加速度越大,产生的动土压力幅值越大。当车速相同,加载车辆与桩间距越大,产生的动土压力值越小。通过对文中车辆荷载作用下桩后主动土压力计算公式的验证,发现实测土压力值与理论分析结果吻合较好。因此,该土压力计算公式可作为车辆荷载作用下支护桩后主动土压力的计算依据。     

基于室内光照模拟的热致变色沥青路面温控效果研究

采用沥青混合料铺装的路面表面呈黑色,在夏季较强的太阳辐射下,路面会吸收储存大量热量,当存在重复车辆荷载作用时,极易产生车辙病害;而在冬季路表气温较低,路面吸收的能量会快速损失,导致路面结冰。该研究尝试将一种在光照作用下可主动改变颜色从而改变反射率的创新型材料——热致变色材料,将其掺入沥青中,以期动态逆转沥青路面的热反射过程。为验证热致变色材料的温度调控效果,进行了热致变色改性沥青路面结构的室内模拟光照试验。结果表明:热致变色材料掺量为5%时的路面结构与SBS改性沥青路面相比,在夏季降温和冬季保温方面表现优异;经过2轮热老化和紫外老化后,热致变色路面结构的温控效果仍然优于SBS改性沥青混合料。该研究可为改善路面温度场和延长沥青路面使用寿命提供技术参考。     

半刚性基层沥青路面疲劳裂缝扩展与寿命预估研究

以疲劳断裂力学理论和材料试验为基础,对半刚性基层沥青路面裂缝的扩展行为进行系统研究,分析了裂缝尖端的应力强度因子变化规律和偏荷载作用下各影响因素对疲劳寿命的影响;结合路面结构初始状态的荷载响应,回归得到了路面的疲劳寿命预估方程。结果表明,路面疲劳主要是由偏荷载作用于横向裂缝导致,疲劳寿命随面层整体模量和轴载增长而递减,随基层模量、路基模量、中面层厚度、基层厚度增长和车速而递增,随下面层厚度的增长先减后增。回归得到的疲劳寿命预估方程考虑的影响因素更加全面,为我国路面结构设计和科研提供了理论支持和补充。     

钢桥面沥青混合料铺装应变动态响应实测研究

掌握钢桥面沥青混合料铺装层在车载作用下的真实力学特性对桥面铺装体系设计有重要意义,而现阶段现场桥面铺装层的力学实测数据仍偏少,尤其缺乏对铺装层不同温度下服役时力学特性的长期监测。为此,该研究对钢桥面双层SMA混合料铺装进行现场实桥加载试验,实测铺装层在低温、中温、高温3种服役温度下的应变响应数据。试验结果表明,钢桥梯形肋正上方铺装层混合料在中低温服役状态下主要承受压应变的作用,而在高温服役时则主要承受拉应变的作用;动载作用过程中铺装层底纵向应变会出现拉压应变交替作用的现象,而横向应变只体现为拉应变或压应变的形式;加载车行驶速度对混合料的应变极值均有明显的影响,加载车低速行驶时混合料层底横向及纵向变形最为显著。同时,研究利用加载试验中铺装层应变响应时程曲线,计算不同加载状态下混合料对应的加载频率数值,计算结果可为钢桥面铺装混合料室内试验中加载频率参数的确定提供参考。     

汽车荷载作用下地下结构的现场振动试验研究

为了研究汽车荷载引起地下空间结构的低频振动和噪声问题,开展了地下结构现场振动试验。在结构顶板上下表面和地下一层布设测点,从时域及频域方面研究车辆振动下地下结构的振动响应,同时结合振级和噪声标准进行环境评价。结果表明：汽车荷载作用下地下结构以竖向振动为主,顶板竖向基频约为17.0Hz,振动能量主要集中于15.0~30.0Hz; 振动响应从顶板传递至地下一层时大幅衰减,顶板与地下一层的竖向振动沿水平方向传递不明显;顶板横向振动传递时衰减较慢; 测试荷载工况下,结构顶板竖向峰值加速度为274.38mm/s2、地下一层楼面Z振级最大81.02dB,噪声最大56.66dB,超过楼盖峰值加速度、振级与声环境质量限值,需采取减振降噪措施。     

基于2.5维有限元法分析横观各向同性地基上列车运行引起的地面振动

根据2.5维有限元原理,从横观各向同性土体弹性本构方程出发,推导出横观各向同性土体2.5维有限元弹性波动方程.轨道简化成铺设在横观各向同性地基上的Euler梁.在轨道方向的垂直截面上,将轨道结构和地基进行有限元离散,采用八节点单元,每个节点包含三个自由度,从而使复杂的三维问题转化为平面应变问题,再通过FFT逆变换将转换为沿轨道方向三维空间中的时域振动响应.分别基于上海和北京地区的典型土质参数,进行场地动力响应分析.结果表明:列车运行引起的北京地区场地的加速度响应幅值及位移响应幅值均大于上海地区场地;随着距轨道中心处距离的增加,两地区土体的动力响应频率均衰减到简谐荷载的自振频率周围,反映出横观各向同性土体的滤波作用;列车运行引起的地面振动衰减曲线会出现反弹增大的现象,其反弹特性及出现的位置与地基土体参数及列车运行速度密切相关.