列车运行引起的CFG桩复合路基动力响应分析

结合上部列车-轨道模型与下部有限元路基模型,建立了列车-轨道-路基整体动力分析模型,分析了CFG复合路基对地面振动的影响。列车采用多质点弹簧-阻尼器模拟,钢轨采用欧拉梁模拟并考虑了钢轨随机不平顺影响,列车-轨道体系采用振型分解法求解;铁路路基经有限元离散后采用2.5维有限元方法求解,采用粘滞阻尼吸波边界减小边界反射,CFG桩采用等代模量桩墙模拟。分析了CFG桩复合路基对地面振动衰减和振动频谱的影响。结果表明:CFG桩复合路基对地面振动的影响分为CFG桩体的影响和垫层影响;CFG桩体对路基中的高频振动有波导作用,可减小远离路堤的高频振动;复合路基垫层可降低中低频振动。CFG复合路基减小了路堤边缘的高频振动,提高了路堤边坡的动力稳定性。     

列车荷载作用下X形桩-网复合地基动力响应研究EI北大核心CSCD

基于大比例X形桩‑网复合地基模型,开展了高速铁路列车荷载下桩‑网复合地基的动力特性试验研究,分析了不同车速情况下地基土的振动速度、动应力和动位移的分布特性,探讨了循环荷载下轨道路堤地基系统的振动响应和路堤内部动应力的分布特征和衰减规律。采用PLAXIS 3D建立数值分析模型,研究了不同列车轴重及振动频率对路堤振动速度响应的影响,对比了无筋路堤与双层土工格栅加筋路堤在动荷载作用下桩顶与桩间土竖向应力的分布规律。结果表明:轨道板表面处竖向位移随时间呈“M”形周期性变化;竖向速度响应在路堤表层处最大,沿地基横向及深度方向逐渐衰减,在路堤中衰减了近90%。随着加载频率及加载幅值的增大,土体振动速度逐渐增大。动荷载对无筋路堤影响显著,土拱效应明显减弱,桩土应力比值随加载频率的提高逐渐减小。土工格栅加筋路堤张力膜效应能够减小动荷载对复合地基的影响。     

高铁荷载下横观各向同性CFG桩桩土复合路基减振特性研究EI北大核心CSCD

基于2.5D有限元法基本原理,推导横观各向同性地基2.5D有限元控制方程,利用等代桩墙对水泥粉煤灰碎石(cement fly-ash gravel, CFG)桩桩土复合路基进行简化,建立高铁荷载下横观各向同性CFG桩桩土复合路基2.5D有限元分析模型。考虑不同车速,分析横观各向同性地基土体刚度比n对高铁荷载下地面振动的影响,研究CFG桩桩土复合路基的减振机理,探讨桩径、桩间距、面积置换率m对其减振特性的影响。结果表明:高铁荷载下地面振动随横观各向同性地基土体刚度比n的提高而减小;CFG桩能更多地将高铁运行引起的动荷载沿深度方向传导至复合路基深处,从而显著减小地面振动,且减振效果随与轨道中心距离逐渐增强;CFG桩桩土复合路基的减振效果随桩径增大或桩间距减小而增强,当桩径大于等于0.5 m或桩间距小于等于4倍桩径时,进一步增大桩径或缩短桩间距难以显著提高减振效果;振动衰减系数FVR随CFG桩桩土复合路基面积置换率m的增大而减小,当面积置换率m≥0.06时,继续增大面积置换率m对减振效果的影响较小。     

运行列车对高层建筑结构的振动影响

建立了一种列车-轨道-路基解析分析模型,将钢轨视为竖直平面内支承在Winkler弹性基础上的一根连续的Euler-Bernoulli梁,考虑轮轨接触的影响,推导出单个轮对荷载对地基的作用力,通过迭加方式得到整列车对路基产生的动荷载;在此基础上,选取铁路线附近的某高层建筑,用有限元分析的方法计算了该高层建筑所受到的振动影响;研究了不同车速下不同距离建筑物中不同楼层的振动规律:振动随楼层高度增加具有不同程度增大的趋势;车速越大,建筑物的振动响应也越大;随着到轨道中心线距离的增加,建筑结构的振动逐渐减小。     

高铁移动荷载作用下桩承式路基的振动特性

采用ABAQUS有限元计算程序,建立轨道结构-路基-地基相互作用三维有限元模型,通过编制FORTRAN子程序实现列车荷载的施加,忽略轮轨接触及轨道不平顺的影响,计算分析250km/h列车荷载作用下钢轨振动位移幅值、加速度时程和频谱。讨论列车移动荷载作用下桩身直径、桩长和桩间距等参数对桩承式路基振动的影响。计算结果表明:钢轨竖向振动位移幅值较大,约为水平振动位移幅值的16倍。钢轨竖向振动主频分布较广,低频、中频和高频皆有分布。桩承式路基基床表面位移振动幅值较自由式路基的振动幅值明显减小,约为自由路基的60%。桩的振动主频随桩长和桩身直径的增加先增大后减小,桩长为10m和桩身直径为1.0m时桩的振动主频最大。     

高速铁路路基振动传播的研究

本文主要通过建立一轨道耦合动力学模，在计算机模拟高速列车通过时的过程，得到不同车速条件下的列车荷载时程，然后利用ＳｕｐｅｒＳａｐ程序建立路基有限元模型并分析其在高速列车荷载作用下的振动特性。     

高铁列车运行作用下燃气管涵结构动力响应分析

以京张高铁跨越某燃气管涵为例,建立混凝土防护刚构-土体-燃气管涵三维动力有限元模型,将三维车辆-轨道刚柔耦合动力学模型计算得到的列车荷载施加到三维动力有限元模型中,分析燃气管涵结构的动力响应特性;预测京张高铁通车后对现有燃气管涵的振动影响。计算结果表明:燃气管涵振动速度和加速度响应主要集中在0 Hz～10 Hz的低频段,燃气管涵的最大动力响应点的速度峰值仍然小于《建筑工程容许振动标准》中规定的速度最大值限值。随着车速增大,管涵的速度及加速度时域响应明显增大。京张高铁运营后设计时速列车荷载的动力作用不会对混凝土刚构结构下的燃气管涵产生显著的不利影响。     

高速铁路路基的动力响应分析方法

基于一致粘弹性人工边界建立了有砟轨道高速铁路在动荷载作用下的三维轨道路基有限元模型,模型考虑列车荷载、钢轨、轨枕、道床及路基的接触关系,采用移动轮载单元模拟列车通过时的动力作用。分析了四种机车车辆的一个轮对荷载引起的动应力在路基中的传播特性,包括路基面动应力与轴重、车速的关系,动应力沿路基纵向、横向及深度方向的变化。通过计算结果与秦沈客运专线综合试验实测结果的比较,验证了有限元分析的可靠性。三维一致粘弹性人工边界及单元的的成功应用,对缩小计算模型、缩短计算时间和提高计算精度提供了解决方案,有利于高速铁路尤其是无砟轨道路基动力特性的进一步研究。     

运行列车引起地面振动的理论模型及振动特性分析

根据车辆动力学、轨道动力学及地基土振动Green函数,建立了列车-轨道-地基土相互作用理论分析模型.该模型不仅考虑了车辆自身的振动,而且考虑了由轴重荷载组成的准静态激励力和单一波长轨道不平顺引起的轮轨问动态激励力.列车模型、轨道模型和地基土模型之间分别通过轮对-钢轨之间的Hertz接触和轨枕-地基土的动力平衡关系进行耦合.根据该模型通过-算例对地面的振动特性进行了分析,并通过移动的单位常力荷载和单位简谐荷载作用下的地面振动分析了车速和地基土特性的影响.计算结果表明,运行列车引起的地面振动特性与荷载移动速度和地基土特性紧密相关,列车移动速度线和地基土频散曲线的相交频率是引起地面振动放大的一种共振频率;运行列车存在临界速度,且临界速度接近地基土模型中的最小表面波波速;轮轨接触表面不平顺引起的动激励力振源对地面振动的高频成分产生较大的影响.     

列车荷载激励下站房结构振动响应频域分析方法

为研究高铁站房结构在列车荷载激励下的振动问题,建立站房结构振动响应频域分析模型。以重庆沙坪坝综合交通枢纽为工程背景开展建模工作:建立了车辆-轨道耦合模型,轨道-土体有限元模型和站房结构有限元模型。由车辆-轨道模型求解得到动态轮轨力,通过施加动态轮轨力于轨道-土体模型的轨道正线求得站房柱底对应的振动幅值响应,并将此结果作为外荷载施加于站房结构有限元模型,最终求得站房结构的振动响应,在此基础上探讨了扣件刚度对站房振动的影响。结果表明:列车通过车站时,站房结构一楼办公室的振动响应最大,站房设计时,应重点关注办公室的振动问题;站房振动的主要频段范围为10~60 Hz,其峰值频率集中在40 Hz左右,采用减振措施时应关注40 Hz左右的振动;增加扣件刚度可以有效削减站房6.3~31.5 Hz频率范围内的振动响应,但40~80 Hz频率范围内的振动响应会增大。     

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。     

高速列车振动荷载作用下电缆隧道结构动力响应分析

城市中地下管线铺设较为复杂,城市轨道或者城际高速铁路会修建在地下管线上方。以京津城际轨道交通工程为例,研究高速车辆振动荷载对铺设地下管线的隧道结构产生的动力影响。运用耦合动力学,建立了车辆-轨道耦合系统振动分析模型,计算高速列车通过时车辆-轨道耦合系统的动力响应。结合有限元理论,建立桩板-土体-隧道一体化纵横垂向空间耦合动力仿真模型。将车辆-轨道耦合系统振动分析模型得到的荷载谱,作为外部激励作用在动力仿真模型上,对电缆隧道的动力响应进行研究。计算结果表明,京津城际铁路运营后高速列车振动荷载的动力作用不会对桩板结构下的电缆隧道产生显著的不利影响。     

高铁荷载下准饱和分层地基环境振动特性研究

本文基于Biot理论,首次提出更符合软土地区的列车-轨道-准饱和地基的2.5维有限元理论。在验证本文程序的可靠性后,计算分析高铁荷载作用下车速对准饱和分层地基环境振动的位移、孔隙水压力和衰减规律的影响,对比准饱和与饱和地基的振动差异性。结果表明:当车速小于表层土体瑞利波速时,准饱和地基的环境振动位移时程曲线在轨道中心和远离轨道处均能观察到明显的列车轮轨分布,衰减曲线平滑,衰减较快;当车速大于表层土瑞利波速时,远离轨道的位移时程曲线变的模糊,衰减曲线具有波动性,衰减速率减缓。地表以下0.5 m处超孔孔隙水压力最大,车速250 km/h～350 km/h时超孔隙水压力随深度的衰减规律相似,当车速进一步提高到400 km/h时超孔压衰减曲线不再光滑,有较多折点。准饱和地基振动的竖向位移峰值大于饱和地基,而超孔隙压则相反。     

刚性桩复合地基竖向承载特性分析

为研究刚性桩复合地基的承载机理,利用有限元程序,对刚性桩复合地基在竖向荷载下的轴力、沉降特性进行了计算分析,着重讨论了桩身轴力、基础沉降等随垫层厚度、垫层模量、桩长、土体模量及桩间距等因素变化的规律,并在此基础上对刚性桩复合地基设计参数的选取原则进行了讨论。     

上海地铁荷载作用下邻近建筑物振动响应分析

为进一步了解上海地区地铁运行所引起的临近建筑物振动情况,根据上海实际地层剖面建立隧道-土体-建筑物相互作用三维有限元数值模型,分析地铁运行所引起的相邻建筑物各层水平和竖向振动变化规律。其中,列车荷载由三质点振动模型求出并施加于轨道上。同时对列车运行速度、建筑物与隧道距离及建筑物楼层数等因素对振动幅值的影响进行分析。结果表明,同一建筑物内竖向振动随层高基本不变,水平向振动先减小后增加,顶层有明显的振动放大现象;建筑物各层的振动随列车车速的减小、与轨道中心距离的增大和楼层数的增大而减小;但随着楼层数的增加,建筑物各层水平向振动放大现象也更明显。     

近距离隧道轨道列车同时运行引起的环境振动

近距离平行隧道和交叠隧道中轨道列车同时运行引起的环境振动明显高于单列车运行情形,对此类环境振动进行定量计算和预测是一个亟待解决的问题。以苏州轨道交通4号线为背景,建立近距离平行隧道-地基平面有限元模型,研究在不同列车荷载组合、不同隧道间距及不同隧道埋深下的地面振动响应特点和规律,并对数值计算结果进行多项式拟合,得到基于双列车荷载作用下的地面振动预测公式,为工程设计和环境评价提供参考。     

高速列车荷载作用下无砟轨道地基竖向耦合动力响应研究

建立高速列车荷载作用下车辆系统-无砟轨道-地基耦合动力模型,通过Fourier变换求解弹性半空间地基土体的动力控制方程,同时根据轨道底座与半空间的接触条件得到了弹性半空间表面竖向位移在频域内的表达式,再采用快速Fourier 变换求得了时域内的土体位移解。结合算例,分析了列车速度、轨道结构参数等因素对地基动力响应的影响。研究结果表明:板下调整层弹簧刚度系数越大,地基土动力响应越大,地表振动越大;底座弯曲刚度越大,地基土动力响应越小;随着列车速度增加,地基土动力响应增大;距离轨道中心处越远,地基土动力响应越小。     

双向增强体复合地基桩土应力比计算

针对竖向增强体-水平增强体-桩间土的整体相互作用特点,将水平向加筋垫层视为具有一定刚度的板,竖向桩体及桩间土简化为刚度不同的弹簧系列。以单个竖向桩体影响范围内的复合地基作为典型单元体进行分析,基于Winkler弹性地基圆板理论推导出水平加筋体的挠曲函数表达式,导出双向增强体复合地基桩土应力比计算式。最后对某工程算例进行计算分析,对路堤荷载大小、工后沉降值、面积置换率、桩土刚度比进行了参数研究,并探讨了桩土应力比随其主要影响因素的变化规律,计算与实测结果吻合较好。     

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。     

动力荷载作用下水-桩-土相互作用简化分析研究EI北大核心CSCD

针对近海结构单桩基础在动力荷载作用下发生复杂的水-桩-土相互作用问题,建立了三维水-桩-土全耦合动力有限元分析模型。土体、桩和水体分别采用实体单元和声学单元模拟,土体截断边界采用滚轴边界条件、水体截断边界采用无反射吸收边界条件,并确定了合理的截断边界位置;以全耦合分析模型计算结果为参考解,系统研究了四种动荷载作用下水-桩不耦合(两者界面自由)和水-土不耦合(两者界面自由)对桩体和海床表面位移和动水压力响应的影响,揭示了不同水深和桩体半径变化下不考虑两种相互作用的影响规律。