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。     

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%。     

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。     

高速铁路无砟轨道路基动力特性数值模拟和试验研究

高速铁路无砟轨道改变了传统有砟轨道的结构形式,导致列车荷载在基床结构中的分布及传递特性发生变化,研究列车动荷载作用下轨道/路基系统动力相互作用问题已经成为高速铁路路基结构设计中考虑的主要问题.将三维一致黏弹性人工边界单元引入ABAQUS有限元软件,建立以连续轴重荷载组成列车荷载、采用一致黏弹性人工边界单元作为边界的三维无砟轨道/路基有限元模型,选取国家轨道试验中心的无砟轨道结构参数计算得到路基动应力,并与动车组CRH2运行的实测数据进行对比.结果表明两者具有较好的一致性,从而验证了该人工边界单元在无砟轨道高速铁路路基动力响应分析方面的有效性.该边界的成功应用为缩小计算模型、缩短计算时间和提高计算精度提供了解决方案,使得高速铁路路基动力响应的实现变得简单和方便,在个人电脑上即可方便地进行三维计算分析.     

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。     

无砟轨道路基基床垂向动应力分布规律探讨

通过动车测试试验结合理论计算分析,对CRH2动车组和C80重载货物列车分别以不同的速度通过遂渝铁路无砟轨道综合试验段桩板结构路基过渡段时的路基动应力沿深度分布规律进行了探讨。文中的理论计算思路对无砟路基结构的计算理论有一定参考作用;但仍需依据大量的现场试验数据及理论计算分析而得到进一步完善。     

高速铁路路桥过渡段动力响应研究

针对某一典型路桥过渡段,利用Fortran语言编制车辆-轨道-过渡段动力大耦合计算程序,借助轨道不平顺性的实测数据,深入分析了不同速度高速列车通过该区段时车体的各项动力学指标,并开展了参数研究,得出以下结论:在150~250km/h的运行速度下,行车的安全性和舒适性指标均能满足规范要求;不平顺幅值对车体响应有着重要影响,缩短波长措施可以有效降低车体振动加速度,提高列车行车平稳性与舒适性。     

合蚌客专线CRTSⅡ型无砟轨道关键施工技术

无砟轨道是当今世界先进的轨道技术,它克服了高速列车运营时造成的道砟严重粉化、线路维修频繁的缺陷,提高了安全性和舒适性,而且列车时速可以达到200km以上。无砟轨道基础工程的施工是列车高速运行的保障,文章主要阐述了CRTSⅡ型无砟轨道关键施工技术,为今后同类施工提供技术参考。     

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。