列车荷载对冻土路基动力响应分析

采用有限元软件建立列车荷载作用下冻土路基结构动力反应的数值模型,分析了列车荷载作用下冻土路基动力响应沿深度方向的分布规律,并探讨了冻土层和列车速度对路基振动反应的影响规律。所得结论为铁路路基设计和加固提供了理论依据。     

高速铁路路基动力响应计算中列车荷载的模拟

高速铁路列车荷载是一个比较复杂的问题,同时涉及列车轴重、悬挂体系、行车速度、轨道组成、线路平顺等因素。在试验区段测试的基础上,考虑了轴重、速度、轨道不平顺等影响因素,采用正弦激励函数模拟列车荷载,以期为高速列车动荷载的确定和路基动力响应分析提供借鉴和参考。     

模拟路基动力响应的原位激振试验研究

动荷载下路基动力响应规律是研究路基长期动力稳定性的基础。采用自行研制的分离式变频激振器,开展铁路路基动力响应的模型试验,研究不同激振频率、动载水平下铁路路基本体的动力响应规律,掌握石灰改良土+粉质黏土填筑的铁路路基本体的共振频率约为25 Hz,路基表层的振动加速度、动应力随着激振频率的增加而显著增大;弄清了振动加速度、动应力沿深度和水平方向的变化规律,两者在主要影响深度1.5 m处已衰减90%,表明其沿深度方向的衰减速度较无砟轨道路基情况下快,而两者沿水平方向的变化受到应力扩散效应的影响,在浅层水平面会迅速衰减,而一定深度(0.7 m)处反而比较稳定,反映了路基动力响应的空间变化特征。     

船舶碰撞动力响应有限元模拟

分析比较了我国《铁路桥涵设计规范》、美国AASHTO《公路桥梁设计规范》和《欧洲统一规范2.7分册》中船撞力计算公式。利用有限元软件Ls-DYNA创建不同重量、不同类型的船舶有限元模型,模拟船舶与刚性墙的正面碰撞过程,将数值模拟得到最大船撞力与各规范计算结果比较,研究表明数值模拟得到最大船撞力与美国规范和欧洲规范的计算结果相近;最大船撞力和船舶重量的开方基本呈成正比关系;相同重量而类型不同的船舶由于船艏形状不同,所得的船撞力时程曲线不同,对应最大船撞力也不相同。     

列车振动荷载作用下隧道衬砌结构动力响应特性分析

论述隧道衬砌结构动力有限元分析的理论与数值计算方法，并以京广线朱亭隧道列车振动荷载现场测试成果为基础，通过对3种不同断面形状的隧道衬砌结构的动力响应特征进行分析研究，可获得隧道衬砌结构竖向位移、竖向加速度及各种内力时程曲线。研究成果对评价既有提速铁路隧道衬砌结构的动力稳定性和完善铁路隧道结构的设计理论具有一定的指导意义。     

输电塔在断线荷载作用下的动力响应

目前,许多有关输电塔在断线荷载作用下的响应分析,都假定多根导线同时断裂,然而大多数情况下多根导线并不是同时断裂的。针对这个问题,本文采用有限元分析方法,对导线同时断裂和不同时断裂所引起的动力响应进行了分析计算,得到了不同情况下输电塔的动力响应规律。结果表明,导线断裂存在时间差时所引起的动力响应,比导线同时断裂引起的动力响应更加剧烈。然而,目前施行的杆塔设计规范,将断线荷载视为静力荷载,并未考虑断线荷载引起的动力效应,望本文内容可以为现行规范提供参考。     

地震下单桩动力响应的有限元模拟

采用ANSYS结构分析软件建立了三维有限元实体模型,计算了地震作用下桩—土动力相互作用体系的动力反应,分析了体系的加速度反应、位移反应、桩身应变、桩身挠度、桩身弯矩、桩身剪力和桩土间接触压力等,并探讨了桩土刚度比、上部荷载等参数对桩—土相互作用体系的影响。     

高铁无砟轨道路基动力响应数值模拟与对比分析

通过建立高速铁路路基动力响应数值模型,获得了武广高速铁路路堑段无砟轨道路基竖向及横向计算断面上4个动力响应参数随深度及水平距离的变化规律,经与实测结果对比分析发现,武广高铁同一路段动力响应计算结果与现场实测成果基本吻合,证明了所建动力数值计算模型的合理性。     

地震荷载作用下绵茂公路高边坡动力响应及稳定性

结合在建的四川绵茂公路高边坡,采用有限元—无限元耦合动力分析法,以512汶川波为地震荷载输入,研究了由不同岩土体材料组成的公路高边坡在地震荷载作用下的动应力、动位移及加速度响应特征,同时利用强度折减法分析了边坡在极限稳定状态下应力及应变分布状况,确定了边坡在地震力作用下的潜在不稳定区域.为绵茂公路及类似工程的边坡的治理措施提供参考.     

铁路隧道地震动力响应数值分析

基于某铁路隧道工程实例,运用有限元软件对其横断面采用二维平面应变模型进行模拟,模型采用粘弹性动力人工边界,引入水平和竖直地震波加速度激振,以数值模拟的方法分析了地震工况下隧道的稳定性及动应力、位移、应变变化规律。     

列车动载作用下锚索锚固力响应规律的研究

京石客专石家庄明挖隧道工程与既有京广铁路线近距离并行长达5km,既有铁路运营的长期振动必然对隧道支护结构稳定性造成影响。研究锚索锚固力动载响应规律、确定合理的锁定力值,是保证隧道支护稳定及铁路运营安全的关键环节。基于此,在石家庄隧道选取代表性区段,进行锚索锚固力长期监测现场试验。同时,利用FLAC-3D软件建立数值模型,分析总结锚索锚固力的动载响应规律。研究表明,在特定工况下,锚索支护结构存在-锚固力收敛阈值,仅当锁定力高于该值时,结构才是稳定的。锁定力在该范围内的变化对结构稳定影响不大。而当锁定力小于该值时,结构表现为对动载敏感。锚头位移随锁定力减小,呈抛物线函数关系增长,锚索应力变幅百分比随振源距离减小、振源强度提高而呈幂函数关系增长。以上规律部分地得到现场量测数据的证实。     

WJ-7型扣件在列车冲击下动力仿真分析

为了分析WJ-7型扣件弹条在列车高速运行下所引起的铁轨对弹条的冲击影响,采用Midas FEA有限元软件建立详细的扣件系统有限元模型,基于车辆-轨道耦合动力学理论,分析WJ-7型扣件弹条在安装过程中的受力及列车冲击荷载作用下的受力特性,对比分析静力与冲击力下的应力大小与位置和不同冲击力下的应力位置与大小。弹条在1、2和3k N冲击力作用下,弹条的最大应力发生在与铁垫板接触的部位,最大应力为1853MPa。10k N的扣压力下的静力分析,弹条的最大应力同样发生在与铁垫板接触的部位,最大应力为1765MPa。随着列车的反复通过,弹条容易在这区域萌生裂纹最终裂纹扩展导致弹条发生疲劳断裂。数值分析结果与现场多处弹条断裂破坏位置吻合,分析结果可为以后弹条的设计,优化,安全提供参考依据。     

季节性冻土地区高速铁路路基地温分布规律研究

 研究路基及周边地区土体地温的分布规律是季节性冻土地区高速铁路路基的稳定性分析的重要基础。结合哈大(哈尔滨--大连)高速铁路双城地区3 a的现场监测数据和气温资料,分析坡脚、天然位置及路基不同位置的地温分布规律。在此过程中,利用地温振幅、平均地温等结果,建立相应的地温估算公式,为确定数学模型的基本边界条件提供依据。建立非稳态相变温度场的数学模型,研究路基地温随时间的变化特点和沿深度的分布规律,并预测地温场的变化趋势。现场监测和模拟计算结果表明：地温分布规律主要与土体构成、土体热扩散能力、气候和位置等因素有关。季节性冻土地区高速铁路路基最终形成较为稳定的季节冻结层,相对稳定的地温和不对称的地温场。路基阴阳坡地温场的不对称,可能导致路基横向差异变形和纵向的不均匀变形,进而影响路基的稳定性。     

地铁列车荷载作用下轨道系统及饱和土体动力响应分析

 为研究地铁列车运行引起的轨道系统及饱和土体动力响应问题,建立了地铁列车–轨道结构–衬砌–饱和土体耦合分析模型,其中列车荷载用一系列符合列车几何尺寸的移动常荷载或移动简谐荷载模拟,轨道结构中的钢轨和浮置板简化为无限长弹性Euler梁。基于弹性理论和Biot多孔介质理论,采用2.5维有限元法分别模拟衬砌和饱和土体,结合轨道与衬砌仰拱处的力和位移连续条件,实现浮置板轨道系统与衬砌及周围饱和土体的耦合,并通过快速Fourier逆变换(IFFT)进行波数展开获得三维时域–空间域内的动力响应。研究结果表明,随着常荷载移动速度和移动简谐荷载自振频率的提高,地表振动水平显著增大;移动常荷载产生的地表响应最大值在荷载正上方,其空间衰减率保持恒定;移动简谐荷载产生的地基振动大于移动常荷载产生的地基振动,响应最大值在列车运行线路两侧一定范围内;在移动简谐荷载作用下,钢轨速度谱与地表速度谱分布在以简谐荷载自振频率为中心的一段范围内。     

高速列车振动荷载下大断面隧道结构动力响应分析

随着高速铁路的快速发展,高速列车荷载对大断面隧道结构的影响受到关注。采用激振函数模拟高速列车竖向振动荷载,运用弹塑性有限元方法对大断面隧道结构在列车振动荷载作用下的动响应进行了深入的分析。研究了不同断面形式、车速和阻尼比系数对振动响应的影响,并将结果与小断面隧道进行比较。     

季冻区高速公路拓宽路基差异沉降标准研究

为研究季冻区高速公路拓宽路基差异沉降控制标准,根据长春-扶余段高速公路实际情况,构建了路面结构层的力学响应分析模型,分析了基层厚度、差异沉降大小、拼接对差异沉降下路面结构力学响应的影响,并在此基础上分别针对有、无拼接下的路面结构提出了相应的拓宽路基工后差异沉降标准值。研究发现,有、无拼接的路面结构最不利受力位置分别位于面层接缝底部与面层顶部,而接缝的存在导致了路面结构整体上受拉区域的扩大与接缝位置处应力的集中,两种路面结构的差异沉降控制标准值亦存在差异。     

爆炸荷载下缺陷岩体的动态响应

 根据试验结果建立在爆炸荷载下含缺陷岩体的接触爆破模型,所考虑的缺陷为孔洞、孔隙和微小的张开型节理等,并考虑2种情况,一是缺陷含有水,另一种是空缺陷。依据现有花岗岩的试验结果,通过拟合得到其冲击状态方程,并将其应用于炸药附近的花岗岩,而对于远离炸药的花岗岩,采用线性状态方程,并采用改进的主应力破坏准则来确定花岗岩的破坏状态。根据试验结果,将花岗岩的动态强度设计成随应变率变化的变量。模拟结果表明,在爆破荷载下,当缺陷内含有水时,岩体的动态强度降低;缺陷密度越大,其岩体的破坏范围越小;巷道附近的爆破会在巷道自由表面处产生层裂裂纹,结合巷道挖掘过程中产生的径向裂纹,巷道的围岩会被切割成很多块体而发生剥落,进而可能导致岩爆。     

移动荷载下饱和半空间的动力响应

利用半解析法分析了饱和半空间在移动荷载作用下的动力响应。土体被简化为均匀、完全饱和的多孔弹性体,基于Biot动力固结方程,通过傅里叶级数展开将偏微分方程转化成常微分方程求解,得出了饱和半空间土体在移动荷载作用下各点的响应,并讨论了在参数发生改变时土体各点响应的变化。     

单点动载下路基动应力状态及有效作用半径分析

 基于传统的Boussinesq课题解答,利用集中荷载作用下半无限空间弹性路基中不同空间位置,且满足一定限制条件的点的应力应变状态的集合来表征单次行车荷载下路基岩土体内某一点加载、卸载全过程的应力、应变等力学响应,将动力学问题转化为准静力学问题,建立着眼于简单与实用的路基动力学行为分析模型。借助建立的模型探讨路基一个加载、卸载全过程的应力状态及其有效作用半径。研究表明,(1) 路基单元体动正应力差( )和( )曲线表现为脉冲状,而( )曲线为双峰状;(2) 最大主应力 绕z轴可能突发大角度旋转,但与z轴交角则连续旋转180°,最小主应力 整体旋转特征不甚明显,中间主应力 方向变化规律性较差;(3) 单次交通荷载对路基路面系统的有效作用半径确定为10 m,影响范围确定为以荷载作用点为圆心,以10 m为半径的空间半球体。最后,利用原位监测数据对确定单次交通荷载的有效作用半径为10 m的合理性进行验证。     

CFG桩在某岩溶区铁路路基中的应用

以沪昆客专贵州玉屏某路基段地基处理工程为例,针对路基基底岩溶发育的工程地质问题,采用CFG桩复合地基方案进行加固处理,进行了CFG桩复合地基承载力的设计验算和处理效果检测,在对工程地质条件研究分析的基础上,较为系统地提出了各种不同的岩溶工程地质条件下CFG桩设计和施工的应对措施.