重载列车振动荷载下交叉隧道动力响应分析

结合某段交叉隧道的工程实例,采用三维有限差分软件对重载列车振动荷载下交叉隧道进行数值模拟,分析振动荷载对既有结构的动力响应影响规律.研究结果表明:既有结构最大沉降发生在交叉点处,且沉降趋势向两侧逐渐减小;道床受列车振动荷载影响最大,拱腰次之,拱顶最小;在重载列车振动荷载作用下,各监测点处的瞬时加速度均较大,在传播过程中加速度变化呈现正弦规律;列车运行时振动频率分布在0~20Hz范围内,表明重载列车通过时对交叉隧道引起低频高幅值振动.     

列车动荷载作用下采空区上地层响应分析

针对处于相对平衡状态的废弃采空区上覆围岩重新“活化”,使裂隙带岩体再压密、地下残留空隙再冒落,导致地表产生二次沉降的问题,通过对采空区上方铁路动荷载作用稳定性综合评价,得出采空区上方围岩、地层的二次沉降问题.通过GTS建立模型分析,得到采空区上方地表的下沉曲线,由此对铁路安全性给予评估.     

水平振动荷载下颗粒运动的响应分析

基于二维振动试验,通过检测小颗粒从大颗粒之间孔隙中下沉的坚果效应,研究了在水平振动荷载下砂石层中颗粒位移的动力响应情况。结果表明：散体材料垫层的耗散性能与颗粒位移量有关,颗粒位移动力响应的关键在于激振力大小及颗粒堆中剪阻强度的强弱。     

重载列车荷载作用下穿越不同地层位置的隧道动力响应分析

当隧道穿越不同地层位置时,岩土体的性质对隧道结构稳定性的影响不能忽略。以某既有隧道为研究背景,通过激振力函数得到重载列车激振荷载,运用有限差分软件建立三维模型进行数值模拟,选取Ⅲ级围岩、Ⅳ级围岩、Ⅴ级围岩这三种典型工况,研究重载列车隧道的动力响应。发现随着围岩条件的恶化,隧道底部加速度、拱顶竖直位移以及仰拱衬砌处的最大、最小主应力峰值均随之增大。在同一工况下,加速度响应的总体趋势不尽相同,均为隧道底部加速度拱脚加速度拱腰加速度拱顶加速度;竖直位移响应总体趋势为下部大于上部,即隧底竖直位移拱脚竖直位移拱腰竖直位移拱顶竖直位移;仰拱衬砌处的最大、最小主应力响应规律基本一致。总之,重载列车穿越不同地层位置时,最不利位置主要发生在隧底和拱顶处,因而越是恶劣的围岩条件,越是应该将不利位置作为维修加固的重点予以关注。     

地铁列车荷载下类矩形隧道结构动力响应分析

为分析地铁列车荷载作用下类矩形隧道结构的动力响应特性,以郑州地铁8号线郑州东站类矩形盾构段为研究背景,使用MIDAS/GTS NX软件建立三维有限元分析模型,对单车运行与双车交会运行两种工况下类矩形隧道结构的动力响应进行计算分析,得到了类矩形隧道在地铁列车荷载作用下的动力响应规律。结果表明：地铁列车作用下产生的类矩形隧道结构的位移响应和应力响应均较小,隧道结构在地铁列车荷载的作用下是稳定的。地铁列车交会时最大位移发生在衬砌底部,为1.28 mm;在单车运行时,最大位移发生在衬砌行车侧右边,约为0.89 mm。在双车相向行驶时,隧道衬砌左侧的竖向应力响应大于隧道衬砌右侧,其增幅约为26.8%。因此,在地铁运营时期应多对隧道结构左侧行车线下方进行长期的变形监测,以避免在此处发生结构安全问题。     

车辆荷载作用下混凝土箱梁桥桥面板局部振动分析

研究车-桥耦合振动条件下,混凝土箱梁桥桥面板局部振动规律.推导车-桥耦合动力平衡方程,用板单元建立简支箱梁桥有限元模型,采用3维7自由度车辆模型,由路面功率谱密度函数模拟得到等级分别为"理想"、"好"和"差"的路面不平度函数.通过数值模拟计算桥面板不同位置的竖向位移、纵向弯矩和横向弯矩的动力放大系数(DAF).分别对车道位置、路面等级、车速和桥梁阻尼进行了参数分析.结果表明,车辆荷载作用下,桥面板不同位置的局部DAF值、同一位置由不同响应量得到的DAF值之间均存在很大差异,采用统一的DAF来计算车辆对桥面板的冲击作用不甚合理.路面不平度是影响桥面板车致振动最为重要的因素;而车速次之,且很难找到明确的函数关系用于描述车速对箱梁桥面板的局部动力放大系数的影响.     

列车荷载作用下地基土刚性对建筑物振动影响分析

建立有限元分析模型,考虑基础结构和土体的动力相互作用,研究不同土体刚性参数对附近建筑物振动影响。通过对软弱土、中软土、中硬土中结构动力响应分析,得出地基土刚性对框架结构动力响应影响规律。     

铁路连续钢桁梁桥振动仿真分析

为了求解车桥系统振动方程中随时间变化的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵,采用将列车-桥梁作为一个整体系统,用能量法导出了车桥系统的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵.用此方法对某连续钢桁梁桥的振动响应进行了仿真分析,并计算了某简支钢桁梁桥的横向振动,与实测值的波形图接近,证明该方法正确可靠.     

桁段有限元法分析钢桁梁桥振动

将列车-钢桁梁桥作为整体振动系统,钢桁梁桥采用桁段有限元法离散,列车采用具有23个自由度的二系弹簧车辆空间振动模型,得到系统振动的矩阵方程.以桥上实测蛇形波作为激振源,分别计算了旅客列车以80、100和120 km/h,货物列车以60和80 km/h车速通过某连续梁桥时车桥系统的振动响应,与传统有限元法相比,桁段有限元法能更好地处理钢桁梁桥中的桥门架单元.对某3×64 m连续梁桥的车桥振动进行分析表明,其Sperling指标、脱轨系数和减载率均在安全行车范围内,行车安全有保障,舒适度和车辆平稳性指标均达合格以上.     

列车荷载对基坑围护结构的动力响应分析

为了探讨基坑维护结构在列车荷载作用下的动力响应,应用有限元分析软件对邻近基坑地表沉降及墙体位移在不同列车荷载简化方式下及不同列车运行速度下的变形情况进行了监测分析。数值计算结果表明：(1)对于邻近铁路侧地表沉降,列车振动产生的附加荷载的影响不能忽略,应该加以考虑。(2)将列车荷载简化为竖向激振荷载与将列车荷载简化为固定数值的静轮载产生的效果相当,在分析基坑两侧地下连续墙的最大位移时可以将列车荷载等效为固定数值的静轮载。(3)高路堤偏压与列车动载对近铁路侧地表沉降幅度影响较大,近铁路侧地表受到偏压与动载的影响更显著。(4)列车轴重和速度的改变对近铁路侧的影响较大,在研究有列车动荷载影响的基坑外地表沉降时,列车的轴重及速度要取最大值。     

敞开式桁架组合简支梁桥结构车辆荷载下振动响应分析

以某敞开式桁架组合简支梁桥结构为工程背景,基于车桥耦合振动分析理论,采用一种简化的车桥耦合振动分析方法,对该公路桥进行车辆荷载作用下的振动响应分析。分析研究了四种行车方式、六种行驶车速下组合桁架梁桥的振动响应。分析结果表明,该桥梁的各项动力指标满足设计安全要求。分析方法可为类似敞开式桁架组合简支梁桥结构设计提供参考。     

高速移动荷载作用下铁路隧道的动力响应分析

从梁的强迫振动微分方程中得到移动荷载的处理方法,考虑了荷载的时间效应和空间效应,在开挖静力场的基础上对高速移动荷载下铁路隧道的动力响应进行分析.结果表明:结构最大动力响应发生在轮对经过测点后的某个时刻,略滞后于经过时刻点;结构竖向位移、加速度和动应力随着行车速度的提高而增大,其中仰拱动应力对行车速度最为敏感;高应力区主要集中在仰拱和边墙上,仰拱和边墙是隧道动力设计的薄弱部位;列车荷载作用下,结构破坏主要受抗拉强度控制.     

变速荷载作用下加筋低路堤动力响应分析

为研究变速荷载作用下加筋低路堤的动力响应,将荷载假设成变速均布线荷载,并考虑由于荷载变速产生的水平向应力,将加筋低路堤视为层状各向同性弹性层,采用Goodman模型表示层间接触条件。利用Garlerkin法推导出Fourier变换域内加筋低路堤动力响应的控制方程,提出一种模态叠加法,Duhamel积分和Fourier逆变换相结合的方法推导出任意时刻动力响应的数值解。采用两个算例验证方法的正确性,分析层间接触条件、荷载加速度、路堤高度和筋材刚度对加筋低路堤动力响应的影响。结果表明：层间接触状态对路面结构层底部的位移影响显著,尤其对纵向位移影响很大,且变速状态下这种影响更加明显,工程中应尽量使加筋土上下表面处于完全连续状态;随着初速度和加速度的增加,路面结构层动挠度显著增加,地基土表面动应力峰值明显增加,动应力路径显著增大且沿顺时针偏转;加速度对于正应力和剪应力在加筋低路堤中的衰减有一定的影响;增加加筋材料刚度会导致应力在加筋低路堤中的衰减,剪应力比最大可减小47.9%,正应力比最大可减小29%。     

正弦荷载和列车荷载下地铁环境振动减振措施数值模拟研究

对地铁列车运行引起的环境振动以及减振措施进行研究,首先,应用 ＡＢＡＱＵＳ数值分析软件,建立有限元－无限元隧道－土耦合模型;然后,在模型中采用单位正弦荷载进行激励,分析地表不同位置的振动加速度幅值;最后,比较了地铁隧道空沟及填充沟在不同列车荷载激振频率、隔振沟 沟深、距离和填充材料等情况下的隔振效果。模拟实验结果表明：空沟的深度对隔振效果的影响很大,深度越深隔振效果越好;对于高频荷载,振动在土体衰减变快,空沟到振源的距离对隔振效果的影响不大;对于低频荷载,空沟到振源的距离增加后隔振效果明显;填充沟的填充材料刚度是影响隔振效果的关键因素,隔振材料刚度越小,其隔振性能越好。同时对实际地铁荷载进行分析,利用实测钢轨加速度获得轮轨间动力作用力,将其施加至有限元模型中,从时域和频域两个角度对比分 析了填充沟的减振效果,验证了填充沟减振措施在实际工程中的适用性。     

近场地震作用下连续梁桥的动力响应分析

结合工程实例,利用有限元分析软件SAP2000建立3跨连续梁桥有限元模型,模型的桥墩分为高墩和低墩2种情况,基础考虑桩土作用和固结2种情况,研究墩高和桩土作用对桥梁抗震性能的影响。为了模拟近场地震动,选取台湾集集地震的地震动。研究不同桥梁模型在近场地震下的动力特性,结果发现桩土作用延长桥梁结构的周期,没有改变结构的振型特征;墩高可以改变结构的周期,并且也影响结构的振型特征。在近场横向地震作用下,桩土作用和墩高主要影响桥梁跨中的位移、弯矩和墩底弯矩、剪力。     

列车动荷载作用下基坑变形规律研究

以南京地铁2号线项目作为背景,使用M idas／G T S建立三维模型,在列车动荷载的作用下对基坑模型进行了动力分析,预测当地铁运行时,列车动荷载对地表土体、基坑围护结构以及对地铁隧道的影响。通过数值模拟分析,研究结果表明列车动荷载对地表沉降以及基坑围护结构的受力与变形影响较小,且沉降趋于稳定,基坑不会发生失稳。     

列车振动荷载下铁路粉土路基的长期沉降

结合路基粉土在循环荷载下的动力特性试验,提出动回弹模量与累积变形的预估模型.通过动力有限元分析并与现场实测相比较,研究在列车荷载作用下铁路粉土路基的动应力响应.建立列车在运行条件下铁路粉土路基长期沉降的计算方法,探讨列车速度、轴重、轴载次数以及道床、路基参数等对路基长期沉降的影响.研究表明:当线路平顺性较差且路基压实系数不高时,铁路粉土路基的长期沉降随列车速度提高线性增大,随轴载次数增加先快后慢增长,且列车轴重越大或路基压实系数越低,沉降速率越快;当粉土路基压实系数较低时,适当增加道床厚度或提高路基压实系数均能显著减小路基长期沉降;在列车动载下铁路粉土路基的长期沉降存在一个"临界影响深度",路基压实系数越低,影响深度越大.