武广高速铁路无砟轨道路基动力响应试验研究

在武广高速铁路典型路基断面埋设测试元件,分别于“联调联试”阶段和运营2年后进行了动车组列车荷载作用下的路基动力试验,实测了路基动应力、振动加速度、振动速度等动力响应。分析了路基动力响应与列车速度的关系、动力响应沿路基深度变化规律和路基动力特性在运营前后的变化情况。结果表明：基床表层顶面轨下位置动应力响应比中线处大;动态响应在基床表层范围内最为强烈且衰减较快;列车荷载速度对动应力幅值影响较小,对振动加速度幅值影响较大。运营2年后与“联调联试”阶段相比,基床表层顶面动应力幅值、振动速度幅值相差不大,而振动加速度幅值在“联调联试”阶段较大;两次试验测得的z=2.7m时(基床底层底面)路基动应力幅值和振动加速度幅值的衰减率依次为73.40%~79.30%和79.28%~86.90%,z=4.2m时（路基本体内）两者衰减率依次为82.99%~89.06%和92.78%~96.31%;而振动速度幅值,z=1.8m时（基床底层内）衰减率范围为75.62%~80.80%。     

高速铁路路桥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规律进行了研究。分析了沿路桥过渡段线路纵向的动应力分布规律、列车速度和动应力的关系，以及动应力沿路基深度方向的变化规律等。分析表明：沿铁路线纵向随车速的增大，动应力有不同程度的增加；动应力随路基深度的增加衰减很快。并且随着深度的增加。动应力值和静态应力值越来越接近：过渡段路基速度动力系数小于0．3，用速度动力系数能够直观地表示速度对路基的动力作用。     

压路机激励下重载铁路路桥过渡段动力特性研究

以蒙华重载铁路某路桥过渡区为试验对象,开展压路机激励下过渡区的动力特性试验,研究过渡区动力响应的分布规律;建立考虑振动轮-路基耦合的动力分析数值模型,研究过渡区等效刚度分布及振动轮-路基面接触力变化特性。结果表明:随着路基深度增大,动应力扩散角逐渐减小,埋深0.2~3.0 m处扩散角在78.2°~55.0°,倒梯形过渡段动应力扩散角要大于一般路基扩散角;相比列车荷载,压路机激励引起的竖向动应力在路基中衰减更快,并且在基床表层中衰减最大;压路机驶离桥台方向的基床表层动侧压力系数为0.35~0.53,驶向桥台方向为0.24~0.36,倒梯形过渡段的动侧压力系数要小于一般路基段;过渡段路基等效刚度在74.8~87.2 kN/mm,随离桥台距离增大而呈线性减小趋势;振动轮激励过程中,过渡段内的振动轮-路基面最大接触力峰值比一般路基段大,且随着过渡区刚度差的增大而增大。     

重载铁路路基足尺模型试验研究

以朔黄重载铁路为工程背景,通过构建重载列车模拟加载系统和路基足尺模型,开展路基动力响应试验,分析了在循环加载条件下路基的动力响应特性。试验结果表明,路基中不同深度动应力峰值均随着轴重的增加而增加,轴重越大,动应力的影响深度越大,路基中动应力随深度的增加呈负指数衰减趋势。路肩处动位移峰值随轴重的增加而线性增加。当轴重增加到30 t后,路基达到临界破坏状态,可见按照原朔黄铁路路基建造标准,其最大运行列车轴重约为27 t,如再增加列车轴重,路基需预先采取强化措施。试验结果对建造运行列车模拟加载系统及足尺路基模型具有借鉴参考意义,同时有助于深刻理解列车轴重对路基动力响应特性的影响。     

铁路环境振动对厂房内精密仪器的影响分析

以龙烟铁路沿线厂房内的精密仪器为研究对象,利用有限元法,建立轨道-桥梁及桥墩-基础-土体计算模型,计算货车在不同运行速度下引起的大地振动响应,得出振动加速度、速度及位移沿距离的衰减规律,分析铁路环境振动对铁路沿线厂房内精密仪器的影响。研究表明：列车速度对振动响应的影响较大,速度越高,地面上相同位置上的振动响应越大;振动加速度、速度和位移沿距离的衰减特性基本一致,呈现指数曲线的衰减规律;若不考虑精密仪器的自身隔振能力,两列货车以120km/h和100km/h的速度在精密仪器附近交会时,加速度、位移及y方向的速度预测值满足仪器振动限值要求,x和z方向的速度预测值超出了仪器振动限值要求;考虑精密仪器自身基础的隔振能力后,振动预测值均满足仪器振动限值要求。     

基于高速铁路路基冻胀的轮轨动力响应研究

季节性冻土区高速铁路无砟轨道路基冻胀,影响了列车运行的安全性、舒适性以及无砟轨道主体结构的服役性能。为研究路基冻胀和高速行车荷载组合效应下的轮轨动力响应,建立了车辆-轨道-路基冻胀耦合动力学模型,对路基不同冻胀幅值、冻胀位置和行车速度下CRTSⅠ型板式无砟轨道轮轨动力响应及轨道结构受力进行分析。结果表明:冻胀发生区段轮轨动力响应增大,列车以350 km/h运行时的安全性和舒适性满足冻胀管理标准要求,但轮轨力随冻胀幅值和速度的增加而增大;轨道板和底座板振动加剧,在计算冻胀波长和幅值范围内,离缝处轨道板振动加速度峰值超过动态验收标准要求,容易引起离缝处CA砂浆层及路基基床表层伤损破坏,且轨道板、底座板振动加速度随行车速度增加而增大;轨道结构动应力和列车荷载传递关系密切,路基冻胀状态下列车荷载引起轨道板和底座板处于交替和交变的拉压受力状态,需要在设计中提出控制裂纹的措施,行车速度对短波冻胀时轨道结构受力影响较小。     

高速铁路路基沉降与列车运行速度关联性的研究

土质路基在高速列车的长期循环荷载下不可避免会发生沉降变形,列车运行速度与路基的沉降有着直接的关联性。随着列车运行速度的不断提高,对不均匀沉降变形的控制要求也越来越严格;同时,路基的不均匀沉降也制约着列车运行速度的提升,故有必要研究无砟轨道路基不均匀沉降对列车运行特性和线路冲击的影响。在既有的列车-轨道垂向耦合动力学理论模型基础上进一步考虑了轨道板下方的CA砂浆层和混凝土垫层的共同作用,建立了更符合实际线路特征的车轨耦合分析模型,并通过与现场测试结果的对比验证了该模型的合理性。基于此模型考察了不同路基沉降分布特征、不同列车运行速度条件下车辆和轨道振动特性,从车辆运行安全性和乘客舒适性两方面的指标总结了沉降的控制要求。计算发现短波长的路基沉降易于引起轮轴较大的加速度响应,线路的沉降幅值控制标准主要由安全性指标(轮轴减载率)决定;而在发生大波长的路基沉降时,主要导致车体加速度响应明显增大,路基沉降控制标准主要由列车车体舒适性指标(车体加速度)所决定,并给出具体的控制参数。     

高速铁路路基模型列车振动荷载模拟

针对高速铁路轨道-路基实尺试验模型提出了列车振动荷载模拟装置,该装置由反力架、作动器及分配梁等组成。参照实尺模型,建立了轨道-路基三维有限元数值模型,以运行速度为350km/h的CRH380型动车组、CRTSⅡ型无砟轨道为研究对象,计算并分析了列车移动荷载加载和作动器加载时路基的竖向动应力和竖向动位移,结果表明采用作动器联动加载可较好地模拟列车动力荷载。为获得动力加载时程曲线,采用数值模型建立相邻车厢的两个相邻转向架经过轨道时扣件点反力时程曲线,结合分配梁体系的传力特性和MTS伺服加载试验机对输入时程曲线的要求,通过对扣件点反力时程曲线进行叠加和傅里叶变换得到了作动器的输入时程曲线。     

铁路隧道仰拱结构振动特性实测分析

为研究隧道仰拱及仰拱填充结构的振动特性,以兰新高铁福川隧道为依托进行现场测试,分析不同运行速度列车振动荷载作用下,不同深度处仰拱及仰拱填充结构的振动加速度和动应力响应及衰减规律,并通过数值模拟进行对比分析。结果表明:列车速度一定时,列车运行侧仰拱及仰拱填充中振动加速度响应随着深度的增加逐渐减小,双线同时行车时,振动加速度响应相比单线行车时有所提高,且提高的幅度与行车速度有关,数值模拟得到的结果与实测结果基本吻合。仰拱及仰拱填充是承载振动加速度的主要载体,应将其作为结构设计的重点。研究成果对优化隧道支护体系确保列车运行安全具有重要意义。     

高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道路桥过渡段振动特性测试分析

结合京沪高铁先导段综合试验,针对端刺结构两端与相邻路桥结构连接的关键部位,开展了CRTSⅡ型板式无砟轨道路桥过渡段振动特性测试,分析了振动响应沿线路纵垂向的空间变化特征及与行车速度的关系。试验表明：①沿线路纵向的振动响应最大值出现在过渡板端与路基支承层交接处,并呈现出前者支承刚度小于后者的现象,反映出端刺结构的过渡板设置未能较好地实现刚度由高至低的逐渐过渡;②垂向多层的线路结构振动响应沿深度呈递减趋势,结构各层位水平向不连续引起的振动响应表现出与轮轨作用处距离成反比的关系,轨道板端经纵联后的振动特性有显著改善;③随车速的提高,振动位移表现出线性增加、振动速度与振动加速度呈现出非线性加速增大的规律。     

板间距对铝板多冲击结构高速撞击防护性能影响的试验研究

为了研究板间距变化对铝板多冲击结构高速撞击损伤与防护特性的影响,采用二级轻气炮发射铝球弹丸对具有不同板间距的双层、三层、四层和五层铝板结构进行了高速撞击试验,弹丸直径分别为3.97 mm、5 mm和6.35 mm,撞击速度为1.72~4.88 km/s,撞击角度为0°。结果表明:在铝球弹丸的弹道段撞击速度区间,板间距变化对铝板多冲击结构的高速撞击防护性能无显著影响;在铝球弹丸的破碎段撞击速度区间,对于相同的总防护间距,具有不同板间距的铝板多冲击结构的高速撞击防护性能存在明显差异;基于该试验数据定义的三层、四层和五层铝板结构的板间距因子,可为具有高效抗高速撞击能力的铝板多冲击结构的板间距设计提供依据。     

高速列车过隧道对弓网动力学影响分析

为研究高速列车通过隧道时产生的受电弓空气动力学效应对弓网动力学性能的影响,分别建立了受电弓/高速列车空气动力学仿真模型和弓网耦合系统动力学模型。采用滑移网格技术实现了高速列车运动,通过有限体积法求解三维瞬态可压缩Navier-Stokes方程和 两方程湍流模型,计算了列车速度为350km/h通过隧道时受电弓的气动抬升力,对考虑和未考虑列车通过隧道产生的受电弓气动抬升力作用时的弓网动力学响应进行了对比分析。计算结果表明,受电弓气动抬升力在隧道入口和出口时出现峰值,隧道内的气动抬升力较明线上大;通过隧道时产生的受电弓气抬升力变化对弓网接触压力和接触线抬升位移具有显著影响,导致受流质量变差。     

波阻抗对岩石动力学特性影响的模拟试验研究

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对系列波阻抗的模型材料进行不同应变率下的冲击压缩试验。试验结果表明:岩石在冲击荷载下的应力波传播特征、动态应力应变关系以及破碎块度分形特征同时受波阻抗、应变率和冲击速度的影响。波阻抗相同时,反射波和透射波信号幅值均随冲击速度增大呈线性增大,同时应变率效应明显,随着应变率的增大:峰值应力呈线性增大,动态弹性模量增大,应变软化阶段延长;破碎程度增大,破碎块度分形维数呈线性增大。应变率相同时,随着波阻抗的减小:反射波幅值增大、透射波幅值减小;峰值应力减小,应变软化阶段延长,塑性段趋于明显,且有塑性流动现象出现;破碎程度增大,破碎块度分形维数增大。同时随着波阻抗减小,应变率增大对动态抗压强度的增大以及对破碎程度的加剧效果减弱,应变率效应减弱,逐渐趋于不明显。     

钢悬链线输流立管顶部浮体激励非线性响应研究

钢悬链线立管在上部附体激励作用下的动力响应在立管的性能化设计中是非常重要的。本文作者考虑钢悬链线立管轴向大应变的特性以及弯曲刚度和内流的影响,利用Hamilton原理和拉格朗日应变理论建立了立管的二维动力学模型。将外部流体的非线性作用力用Morison方程表示,通过Hermite插值函数对动力学方程进行离散,采用平均加速度法求解立管的动力响应。探讨了弯曲刚度的存在、内流流动和外部流体的非线性作用力对立管受浮体激励顺流向动力响应的影响。     

考虑桥面随机不平顺的桥梁动态响应研究

基于随机振动理论研究了桥面不平顺影响下,车桥耦合振动作用时的中小桥梁动态响应曲线。通过建立车桥耦合振动方程,基于虚拟激励法对重力引起的确定性激励和桥面不平顺引起的随机激励求解,得到了桥梁跨中挠度和应力响应的均值和标准差。运用 法则定义随机激励的确定值值域,分析了桥梁跨中位移和应力响应在不同车速和桥面不平顺等级作用下的特性,并讨论了动态响应曲线与准静态影响线的差异。结果表明：桥梁跨中挠度和应力标准差受车速和桥面不平顺等级变化的影响很大;桥梁动态响应值域范围很大,具有较强的随机性;相比准静态影响线,动态响应曲线更能体现车桥之间激励的耦合随机作用。