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。     

高速铁路路基动力响应研究

针对京沪高速铁路上一处典型路基,利用Fortran语言编制车辆-轨道-路基动力大耦合计算程序,考虑轨道的不平顺性,对高速铁路路基的动力学特性进行了研究,得出以下结论:加速度、动应力以及位移随深度的增加而呈非线性减小,前两者最后趋于稳定;总体来讲,路基内的动应力值随列车速度的增大而增大。然而,路基本体内部不同埋深处的峰值加速度和峰值动应力、基床表层处的水平和竖向位移随着列车行驶速度的增加呈现多峰值现象。列车的轴重对基床表层处的竖向位移和路基本体内的动应力具有显著影响,但是对前者的影响要明显强于后者,在后续重载铁路设计中需要重点考虑。     

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%。     

季节性冻土区铁路路基动力响应模拟

为了研究列车荷载作用下季节冻土区铁路路基的动力响应规律,采用ABAQUS有限元软件建立京哈铁路路基模型,平衡初始地应力,并以此为基础,对单次列车荷载以及长期列车作用下的高铁路基进行动力响应数值模拟分析。结果表明,在单次列车、列车长期荷载作用下,对比不同时期路基的位移场、应力场变化情况,得出季节性冻土区夏季温度较高时,单次列车荷载下路基表面竖向位移、速度、加速度、应力值均大于冬季,在相同深度处各值的衰减程度也大于冬季;同一时期单次列车荷载与列车长期荷载分别作用下,单次列车荷载作用下的路基竖向位移与应力等值大于列车长期荷载作用下的结果。     

高速铁路路桥过渡段振动特性试验研究

通过某高速铁路试验段现场动载试验,测试过渡段不同断面、不同深度处路基的动应力、弹塑性变形和路基综合动刚度,分析在模拟列车动荷载作用下的动态反应和工程特性。测试结果表明:①级配碎石基床表层对过渡段路基动应力的衰减效果明显,基床表层动应力衰减系数沿纵向逐渐减小,基床底层则逐渐增大;②各断面弹塑性变形主要集中在基床表层,沿纵向呈增大趋势,沿深度逐渐减小;③路基综合动刚度与基床表层、底层、路堤本体的刚度有关。过渡段路基从动应力传递规律、弹塑性变形、路基综合动刚度等方面起到了过渡作用。     

合福高铁建溪特大桥动力响应试验研究

为研究高墩简支梁桥上无砟轨道动力响应特征、获得不同时速列车激励下的梁-轨动力响应,对福建南平市建溪特大桥进行了为期55天的动力响应试验,采集到13天共58趟车次车致振动响应,标定1次。试验结果表明:在列车行驶侧,钢轨、道床板、桥面板竖向加速度幅值最大值分别为895.04m/s~2、21.87m/s~2、0.867m/s~2,横向加速度幅值最大分别为301.62m/s~2、38.53m/s~2、0.483m/s~2;道床板横向振动强于竖向,为CRTSⅠ型双块式无砟轨道系统在横向振动上的薄弱环节;全桥面板最大竖向加速度幅值为1.219m/s~2,小于《高速铁路设计规范》规定(5m/s~2);钢轨、道床板和桥面板的信号阻尼比分别为3.06%~9.29%、1.71%~5.85%、0.71%~3.40%。     

铁路路基动应力计算方法及沿深度衰减规律

通过具体的算例比较了两种动应力计算公式之间的差别,得出结论：动应力在基床表层范围内衰减较快,工程中增大基床表层厚度或者增大基床表层模量可以显著加速动应力的衰减,减小基床表层底面处动应力值。随着列车轴重、运行速度的提高,路基中动应力呈线性增长。     

孔隙水-力耦合作用下高速铁路轨道-路基结构动力响应分析

以某段高速铁路实际运营情况下轨道路基结构为工程背景,建立孔隙水-力耦合有限元模型,计算移动列车荷载作用下高速铁路路基动力响应,进而分析上部列车移动荷载作用下路基内孔隙水对轨道-路基结构动力响应的影响。研究结果表明,在孔隙水渗流和移动列车荷载的耦合作用下,基床表面以下应力分布较均匀,而基床表面以上的支撑层和钢轨承受较大应力;移动列车荷载在钢轨表面加载位置处存在应力扩散,钢轨表面中点位移变化及基床表面中点应力变化存在明显的锯齿状分布;路基内孔隙水头及列车行驶速度均会对路基动力响应产生影响,即路基动力响应主要受孔隙水头和列车行驶速度控制。     

既有铁路病害基床的合理加固深度初探

介绍了国内外新建铁路路基基床表层强化结构的组成及厚度,讨论了列车动荷载在路基面上的分布及沿深度的衰减规律、基床土动强度的影响因素,依据路基稳定必须满足动强度大于动应力的动力学原则,提出了既有铁路病害基床合理加固深度的确定方法,并结合工程实例进行了印证。     

秦沈客运专线路基振动测试分析

利用环境激励与列车荷载激励,对秦沈客运专线路基振动进行测试,通过频谱分析,得到了列车荷载作用频率、路基自振频率与列车荷载作用下路基振动频率,分析了路基振动频率及振动加速度与列车速度的关系。结果表明,列车荷载作用下路基振动与路基自振频率与列车速度密切相关,在一定列车速度下路基振动加速度达到最大值。     

移动荷载作用下大跨度铁路斜拉桥纵向共振机理

列车荷载作用下铁路斜拉桥将在不同方向上发生振动,列车竖向荷载作用下导致的主梁纵向振动将影响道床稳定性和伸缩装置的使用,甚至影响行车安全性和舒适性。采用等效纵向荷载研究移动荷载作用下斜拉桥纵向振动机理,推导纵向共振速度估算公式。以一大跨度铁路斜拉桥为实例,分析了不同速度的移动荷载作用下结构动力响应。结果表明,当移动荷载速度与估算纵向共振速度接近时,移动荷载通过桥梁时的纵向加载频率与桥梁一阶纵向振动频率接近,斜拉桥发生纵向共振现象,主梁和桥塔动力响应显著增大。     

斜坡加速度动力响应特性的大型振动台试验研究

以"5·12"汶川地震灾区典型斜坡为原型,采用水平层状上硬下软和上软下硬2种岩性组合概念模型,设计并完成比例1:100的大型振动台试验。在满足相似律的条件下,通过输入不同地震波类型、频率、激振方向和振幅,系统地研究模型斜坡的地震动力响应特性。以输入加速度峰值0.3g为例,分析不同岩性组合模型斜坡在单向天然地震波作用下的同向加速度动力响应规律,研究结果表明,加速度沿竖直和水平方向的响应都呈现明显的非线性特征;总体上,高程对地震波具有明显的放大效应。在水平向地震波作用下,斜坡的动力响应主要出现在斜坡的中上段,而在同等强度的激振力作用下,竖直向加速度最大放大倍数仅相当于水平向加速度最大放大倍数的1/2左右,且动力响应较强部位主要出现在斜坡的中下段。不同岩性组合结构对加速度响应规律的影响也因激振方向不同而异,在水平向地震波作用下,上硬下软组合斜坡总体上要比上软下硬组合斜坡对加速度的放大程度大,在竖直向地震波作用下则相反。通过对比坡面不同高程处的加速度傅里叶谱表明,在地震波从下往上传播过程中,上硬下软斜坡对起放大作用的频段具有明显的选择性,竖直向激振条件下对2种岩性组合斜坡加速度起放大作用的卓越频率比水平向激振条件下的卓越频率大得多。     

紧邻运营铁路深基坑围护结构动态响应分析

本文利用ABAQUS有限元软件动态模块对紧邻兰新铁路某深基坑围护结构在列车动荷载作用下的动态响应进行了分析,首先根据实测数据和列车振动简化模型得到了列车竖向振动荷载时程曲线,然后建立三维有限元模型分析了列车振动荷载作用下围护桩顶水平加速度、水平振动位移及沿桩长方向水平加速度变化规律,并对基坑围护结构的稳定性进行了评价,提出了防止基坑围护结构过度振动的措施,研究结论可为类似工程提供借鉴与参考。     

红层填料路堤变形研究

 对于高速铁路而言,路基的变形分为3类：(1) 运营阶段行车引起的基床累积下沉;(2) 列车行驶中路基面的弹性变形;(3) 路基本体填土及地基的压密下沉。而红层填料工程性质较差,易崩解,强度低。将红层粉碎到粒径小于2 mm,压实度为95%,并对基床采用3种不同的方法强化结构,通过室内蠕变和振动试验,对路堤的长期沉降和振动作用下的变形进行分析,论证采用红层作为填料在经过一定的施工工艺后能满足高速运营的要求。     

中国青藏铁路北麓河路基冻土动应变速率试验研究

基于低温动三轴试验,研究中国青藏铁路北麓河路基冻结粉质黏土在轴向分级循环荷载作用下的变形特征。在不同负温、频率、围压、含水率条件下,考察冻土试件轴向残余应变时程曲线,获得轴向动应变速率受动应力幅值影响大,并随应力比增大而增大,随负温降低、频率升高、含水率增大而减小,随围压增加而线性增大的结论;据此,提出采用幂函数拟合应力比、负温、含水率、频率与轴向动应变速率之间关系,并合理解释冻土特有的振融沉陷的成因机理。有利于合理预测青藏铁路等实际工程在交通荷载作用下由冻土动力残余变形而产生的沉降量,并对于进一步研究冻土路基列车行驶振陷问题具有重要意义,且为建立冻土疲劳模型积累基础试验成果。     

大跨度钢-混凝土组合人行天桥舒适度分析

采用调整结构自振频率和限制加速度响应相结合的方法,对惠州市大亚湾大跨度钢-混凝土组合人行天桥进行了人行舒适度分析。基于通用有限元程序MSC-MARC二次开发的子程序,建立组合人行天桥的纤维模型。利用FORCDT子程序描述随时间和空间变化荷载的功能,模拟了不同人行激励工况,按照各国规范中验算人致振动响应的方法,对人行天桥舒适度进行综合评估。通过加速度时程计算,对比分析阻尼比、积分步长、结构质量、人行荷载模式以及桥梁支座处弹簧节点构造等因素对结构动力响应的影响。分析结果表明：该钢-混凝土组合大跨人行桥能够满足各规范对人行舒适度的检验要求,同时在桥梁支座处设置弹簧连接,可使结构加速度响应降低14%,支座反力减小54%,可有效控制结构的人致竖向振动响应。     

迪拜梅丹赛马场抗风TMD系统设计、加工和测试

迪拜梅丹赛马场是为2010年世界赛马会准备的国际性大型体育设施。该结构屋顶钢结构重量达1万多t,悬挑长度接近100m,是世界大型的悬挑结构之一。屋顶内部设有大型豪华旋转餐厅和贵宾看台,为了保证结构在大风工况下的舒适度,选用了18套水平、18套垂直TMD减振系统,分别控制结构的水平和竖向振动。完整介绍了该TMD系统风振控制的设计和实现过程,采用SAP2000软件建模,模拟人工风压时程进行结构振动分析。对TMD系统进行参数计算、优化、分析、设计、出图、加工、安装、测试和调节。结果表明,以100年为风荷载重现期,TMD系统使屋架结构水平、竖直振动均有明显的减小,TMD的频率、阻尼系数和质量块加工均达到了设计需求。     

季冻区湿地软土地基固结变形特性研究

为了研究季冻区湿地软土地基的固结变形特性及其影响因素,在提出季冻区湿地软土地基现场监测方案的基础上,对路堤填土荷载作用下软土地基固结变形特性和加载条件、软土地基处理方法、地层条件、温度变化、时间效应等的相关性进行分析研究。监测结果证明:虽然湿地软土层不厚,但软土的沉降量占全部沉降量的80%以上,在整个冬季,负温对软土地基的固结沉降有一定的影响,主要表现在中央分隔带和路肩软土地基的沉降过程出现一定的差异;软土地基的侧向位移基本上是随荷载的增加而增大,最大位移深度随软土层厚度的增加而增大,冬季软土地基冻结的过程中,在冻结深度范围内软土地基出现反向的侧向位移;整个冬季软土地基孔隙水压力均有不同程度的消散,根据沉降和孔隙水压力监测结果得出,袋装砂井更适合于季冻区湿地软土地基的工程治理措施;试验段冻结深度随时间的变化,最大冻深小于2.8m,在一月底至二月初期间;路堤填土冻结的过程中,靠近中央分隔带处的土压力逐渐减小,而靠近路堤边坡处的土压力逐渐增大。研究成果可为季冻区湿地软土地基固结沉降分析计算及设计提供参考依据。     

基于沉降控制的高路堤涵洞纵向调荷技术

为解决高路堤涵洞纵向不均匀沉降所带来的病害问题,基于纵向沉降控制的高路堤涵洞调荷机理,利用有限元软件研究涵洞填土与地基土特性以及不同EPS板参数对涵顶垂直土压力和涵底土体沉降的影响,通过离心模型试验探讨涵洞纵向铺设EPS板对高路堤及涵洞的沉降的影响。通过数值模拟计算,分析不同EPS板模量、铺设范围、厚度以及地基处理范围对高路堤涵洞纵向沉降差减少率的影响。研究结果表明:①填土模量与泊松比对涵顶垂直土压力及涵底土体沉降的影响不显著;②随着地基土模量与泊松比的增加,涵底土体纵向沉降趋于均匀分布;③数值仿真与离心模型试验成果得出,沿涵洞纵向分层铺设EPS板时,涵洞纵向调荷效果最佳;④通过数值模拟计算得到了基于纵向沉降控制的高路堤涵洞调荷设计计算方法。