基于模型试验的高铁路基动力累积变形研究

高速列车运行中的轮轴往复动荷载引起铁路线下结构产生累积变形,导致轨道平顺性变差,影响列车运行的舒适性和安全性,列车交通荷载引起的路基累积变形是高速铁路线路设计和运营维护中必须考虑的一个重要问题。基于残余应变模型建立了列车轮轴循环动荷载作用下路基填料和下卧层地基土体的累积变形计算方法;通过物理模型试验验证了该模型和计算方法的合理性,并确定了相应的关键参数取值方法,实验结果表明该模型参数具有较好的一致性。最后,通过将计算模型应用到具体的高速铁路线路动力沉降分析中,揭示了路基基床底层和地基累积变形的发展规律,分析了列车轴重和循环次数等主要控制因素的影响作用。     

刚性地基低路堤长期动力特性原位试验研究

无砟轨道与深埋式桩板结构低路堤形成的"上刚-中柔-下刚"结构体系,导致基床受力加大、状态复杂,因此有必要针对刚性地基低路堤长期动力特性进行专门的动力试验研究。通过京沪高速铁路试验段模拟列车动荷载的原位循环激振试验,测定低路堤不同断面、不同深度处的动力响应,分析刚性地基上低路堤长期动力特性。结果表明:刚性地基上低路堤动力响应在激振70万次后趋于稳定,各典型断面动位移幅值均小于0.1mm,路基面动刚度值介于280~350MN/m之间,断面间刚度差异较小;激振150~200万次后累积变形为0.3~0.4mm;由轨道结构、基床和桩板结构、地基构成的"上刚-中柔-下刚"结构体系具有良好的长期动力稳定性。     

高速铁路桥桩在轴向循环荷载长期作用下的承载和变形特性试验研究

针对高速列车通过小跨度桥梁时列车活载对桥桩的影响分析来获得动力加载参数,进而对位于软粘土地层中的钻孔灌注桩进行了轴向循环荷载长期作用下的动力试验,测试和研究了循环荷载长期作用下桩的动位移幅值、桩顶沉降、桩身轴力、桩侧动摩阻力和单桩极限承载力等参数的发挥和变化情况。试验结果表明:列车循环荷载长期作用下,灌注桩的桩身轴力发生了局部调整,砂性土层的桩侧摩阻力具有增强效应,淤泥质粘性土的桩侧摩阻力具有退化效应;列车循环荷载对软土地区单桩的承载能力和桩基的工后沉降影响甚微,但会使单桩竖向刚度降低。     

350 km/h高速铁路有砟轨道基床结构的技术条件分析

采用车辆轨道路基垂向耦合动力学模型,研究了轨道高低不平顺下有砟轨道路基动力影响系数φ_i的概率分布特性;根据循环荷载下路基粗粒土典型填料单元模型试验反映出的累积变形状态特征与荷载水平的关系,明确了基床以下填料处于无时间效应变形状态、基床填料处于微弱时间效应变形状态的设计工作状态;以基床结构的动强度、长期动力稳定性、循环变形为设计控制指标,开展了高速铁路有砟轨道基床结构的技术条件分析。研究表明:表征路基承受列车动力效应程度的φ_i沿线路纵向服从对数正态分布;列车荷载作用下,路基各结构层的累积变形状态与填料性质密切相关;基床结构的长期动力稳定性为设计主控因素,据此,提出了适用于350km/h有砟轨道高铁基床双层结构型式的技术标准建议。     

板式轨道–路基相互作用及荷载传递规律的物理模型试验研究

全面地介绍了一种全比尺路基动力试验装置,可用于轨道结构与路基之间的动力相互作用以及路基和地基长期变形等方面的试验研究,报告了前期试验中针对高速铁路板式轨道与路基的动力相互作用以及列车轮轴荷载在轨道结构和路基中传递规律的一些重要结果。首先,总结了试验中列车荷载传递到轨道板上的分布规律,通过与理论模型的对比分析,提出了一种简便可靠的荷载分布简化模式用于路基的动静力分析;其次,分析了轨道结构和路基的动力响应与加载频率之间的关联性,并通过集中质量模型讨论了共振发生机理和共振频率的确定方法,结果表明系统存在一个共振频率在16 Hz左右,此时系统的各项动力响应达到最大;最后,通过不同频率加载试验确定了路基中沿深度方向动力附加荷载的衰减特性与加载频率之间的相关性。作为研究高速铁路路基和地基的一种有力的综合试验装置,该设备产生的大量试验数据将为进一步研究高速铁路路基中的岩土工程问题提供重要的支撑作用。     

不同频率循环荷载下公路路基粗粒填料长期动力特性试验研究

 交通荷载作用频率随着车辆运行速度等因素变化而变化,目前对不同频率荷载下路基长期性能还缺乏一致性认识。为揭示不同频率荷载下路基粗粒土填料长期动力特性,利用GDS大型三轴试验系统对路基填料进行饱和排水循环荷载试验,分析不同应力路径下荷载频率对路基粗粒填料长期动力特性影响规律。试验结果表明,荷载频率增加使路基填料在密实阶段产生更大累积体缩应变而更密实,进而路基动力回弹模量随荷载频率增加显著增加。路基填料轴向累积变形在不同频率循环荷载下也呈现不同发展规律,路基填料密实阶段轴向累积变形在高循环应力比(ζ = 3,5)下随荷载频率增加显著增大,但在低循环应力比(ζ = 1)下,荷载频率对轴向累积变形影响较小;当填料进入变形稳定阶段,荷载频率对轴向累积变形基本无影响。该研究揭示了路基填料层在不同频率荷载下长期动力特性,发现降低路基中循环应力比,可大大减小荷载频率对路基长期动力特性影响,本研究可为准确预测和控制道路工后沉降提供参考。     

高速铁路路基动力学研究进展

高速铁路是各个国家竞相发展的关键交通基础设施,对经济发展和社会进步都具有重要意义。高速铁路有别于传统铁路的最大特点是列车运行速度高,从而对铁路路基的振动和沉降等提出严苛的控制要求,突破传统岩土工程理论和技术范畴,高速铁路路基动力学已经成为铁道工程、岩土工程、结构动力学等多学科交叉的国际前沿和研究热点。文中总结国内外对高速铁路路基动力学的研究进展,重点阐述列车荷载作用下路基动力响应的理论分析模型、路基内部动应力分布特征和随着列车运行速度提高的放大效应、列车运行引起路基循环累积沉降分析方法及控制和修复技术等三个方面,并提出高速铁路路基动力学发展的展望。     

浅谈现代有轨电车路基沉降控制方法

路基沉降直接导致无砟轨道结构发生几何变形,过大的路基沉降甚至会破坏轨道结构,影响列车的行车安全。因此,如何控制无砟轨道路基沉降是工程界非常重视的问题之一。本文以弥勒有轨电车路基沉降控制为实例,对路基沉降原因及控制方法进行探讨,结合地质勘察资料及工程经验,采取软土地基换填、强化基床结构层及板式无砟轨道结构预留沉降处理条件等方法,有效控制了弥勒有轨电车路基工后沉降,为相关工程提供借鉴和参考。     

有轨电车桩板结构路基与道路路基横向差异沉降离心试验研究

一种新型桩板结构路基首次在上海松江有轨电车工程应用,沿市政道路铺设且与道路基础存在较大结构差异,运营期易产生差异沉降。为研究有轨电车桩板结构路基与道路路基横向差异沉降规律,将有轨电车轨道与道路作为整体研究对象,通过离心模型试验分析路基土应力历史、轨道与道路位置关系以及荷载分布形式对路基横向差异沉降影响规律。试验结果表明:土体应力历史对差异沉降有显著影响;有轨电车桩板结构路基与道路路基沉降均在运营初期发展迅速,运营6个月后沉降速率放缓;地基土的沉降随深度的增加而逐渐减小,桩端下卧层的压缩厚度约为4m;单侧汽车荷载对有轨电车桩板结构偏载作用明显,有轨电车轨道与道路过渡区最大差异沉降率达4.37‰,有轨电车系统横向最大差异沉降率达2.42‰,需要进行必要的过渡处理。     

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%。     

Full-scale model testing on the dynamic behaviour of weathered red mudstone subgrade under railway cyclic loading

Although weathered red mudstone (WRM) is widely distributed in the southwest of China, its suitability as a fill material for the subgrade bed of a high-speed railway (HSR) has not been comprehensively investigated. This paper presents the results of a field full-scale model testing of the cyclic loading and response of a railway track-subgrade system for the Dazhou-Chengdu Railway, where some WRM has been used in a newly designed subgrade structure. A control section of the HSR was also built using a traditional subgrade bed (Group A&B material) to compare the performances of the different sections. To better understand the dynamic characteristics and cumulative deformation of the two types of subgrade, the dynamic actions of different axle loads and different train speeds were simulated using specifically designed track-cyclic-loading equipment. The transverse and vertical distributions of the dynamic stress, dynamic displacement and acceleration of the track-subgrade system were measured and evaluated. The influence of the wheel axle load on the growth factor of the dynamic parameters, the vertical attenuation coefficient of the dynamic stress, and the effect of using WRM in the subgrade on the post-construction settlements were investigated. The tests enabled the development of cumulative settlement laws with railway loading for the two types of subgrade. Although the dynamic parameters and cumulative settlement of the WRM subgrade are always greater than those of better-quality material (Group A&B subgrade), they comply with HSR regulations. In conclusion, the results demonstrated that weathered red mudstone can be used as a filling material in the newly designed subgrade structure for HSRs.     

高速铁路无砟轨道基础结构垂向位移分布特性分析

建立高速铁路无砟轨道-路基结构动力有限元模型,系统分析高速列车荷载作用下轨道和路基垂向位移在时间和空间上的分布规律,比较轨道不平顺和断面位置对位移分布的影响规律。数值分析结果表明,轨道不平顺和横断面位置对轨道和路基垂向位移分布的影响可以忽略不计;高速列车荷载作用下钢轨和轨道板垂向位移的最大值分别为0.79mm和0.238mm,结果都在京津铁路现场试验实测数据的范围之内;轨道板和底座的垂向位移沿横向衰减非常缓慢,仅分别降低了3.6%和6.5%,沿深度基本没有变化;路基各层面垂向位移在轨道宽度范围内沿横向仅衰减10%左右,轨道宽度范围外位移按指数函数快速衰减,在距离线路中心线3m和4m附近,基床表层和基床底层的垂向位移已衰减一半以上,路基位移沿深度线性衰减,在距钢轨底面4m附近,垂向位移衰减50%左右,到基床底面处位移衰减70%以上。     

Experimental study on dynamic load magnification factor for ballastless track-subgrade of high-speed railway

The magnitude of dynamic load produced by high-speed trains depends on many factors, of which train speed is the most critical one. However, it is quite difficult to determine the effect of train speed on dynamic load using the theoretical methods due to the complexity of the interaction between vehicle and track-subgrade. Thus large-scale model test has gradually become an important approach for studying dynamic responses of ballastless track-subgrade of high-speed railway. In this study, a full-scale model of ballastless track-subgrade was constructed in accordance with the design and construction standards for Shanghai–Nanjing intercity high-speed railway line firstly. Then, the dynamic strain of slab and the dynamic earth pressure of subgrade were measured by conducting single wheel axle excitation test. In addition, the relationship between the dynamic load magnification factor (DLF) and the train speed was obtained. Finally, the DLF of track-subgrade under different train speeds was proposed, similar to that given by German Railway Standard.     

Influence of the ballasted track on the dynamic properties of a truss railway bridge

This article presents numerical and experimental analyses of a steel truss railway bridge. The main feature of this work is that dynamic experiments have been performed before and after the ballasted track was placed on the bridge. Consequently, it has been possible to quantify the effect of the ballast and the rails on the dynamic properties of the bridge. For that, two finite element models, with and without the ballasted track, have been implemented and calibrated using the experimental results. It appears that the ballast gives an additional stiffness of about 25–30% for the lowest three eigenmodes. This additional stiffness can be only partly explained by the stiffness of the ballast. In fact, it seems that this additional stiffness is also due to a change in the support conditions.     

沈丹客专路基过渡段级配碎石施工应用

随着高速铁路的全面建设使得对路基的要求也在不断增高.路基与不同构筑物之间的刚度差异造成了后期线路运营时的不均匀沉降,从而破坏了轨道的平顺性.目前有多种方法降低路基过渡段沉降差异,本文主要以沈丹客专为例,着重论述级配碎石作为路基过渡段填料的应用.     

桩板结构路基设计参数对路基沉降的影响分析

桩板结构路基是一种新型的无砟轨道路基结构形式,它能够严格地控制高速铁路路基的工后沉降。桩板结构路基各部分的设计参数值对路基沉降大小会有较大的影响。本文结合遂渝线的工程地质情况,通过运用均匀实验设计方法,对桩板结构路基在各种不同设计参数条件下的数值实验进行合理的安排,运用有限元分析软件AN-SYS,建立桩板结构路基的仿真实体模型,进行沉降值的计算。通过对实验结果进行的分析,得出桩板结构路基诸多设计参数中,影响路基沉降的最主要因素是桩径和桩长,并进一步分析出,桩板结构路基沉降量随着桩径的增大而减小,呈非线性关系,桩径对路基沉降量影响的显著区域约为0.6~1.0 m。桩板结构路基沉降量随着桩长的增加而减小,当桩长在15~20 m之间增加时,减小沉降量的效果最为显著,希望能够为桩板结构路基的设计提供参考。     

桥墩沉降下纵连板式轨道与桥面间动态#br# 接触行为及其对列车动态特性的影响

桥墩沉降在高速铁路运营过程中不可避免,其会导致纵连板式轨道与桥面之间的变形不协调,进而引起底座与桥面之间的动态接触行为,恶化轨道力学性能并最终影响列车正常运行。这对这一问题,文章首先研究该动态接触过程的产生机制,并基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论提出纵连板式轨道和桥面间动态接触行为的研究方法;借助该方法从静态与动态两个角度研究桥墩沉降下轨道-桥梁动态接触行为;在此基础上探讨列车通过时的动态特性。结果表明：桥墩沉降和列车荷载会导致底座与桥面出现三处明显的动态接触区域;桥墩沉降导致的相邻桥墩处梁体上拱位移远小于沉降桥墩处的梁体下沉,但是沉降对上拱区域力学特性的影响却不可忽略;轨道的纵向连接特性可以在一定程度上缓解高速列车通过沉降区域时的振动;轨道随机不平顺不能完全掩盖桥墩沉降对系统动态特性的影响,表明沉降对系统的影响是不可忽视的。     

Effect of linearized contact spring in track dynamic system

In recent years, a number of researches into dynamic characteristics of the noise and vibration in the railway have been performed. Since the high frequency vibration, which occurs in the irregularity(roughness) of the wheel and rail running surfaces, causes the track noise in railway system, analytic study with measurement of the vibration for the wheel and rail is needed. So, the algorithm and program for the vibration analysis in the track system were developed as a part of the analytic study. In this study, evaluation for the effect of the linearized contact spring in track dynamic system was studied with the developed program. In addition, analytical study for the comparison between hysteretic and viscous damping in this system was performed. The result shows that both the linearized contact spring stiffness and damping of track system are important factors in track dynamic analysis model.