秦沈客运专线车路系统动力响应数值分析

结合秦沈客运专线基床路基实际状况，利用车路耦合动力分析模型，对高速列车荷载作用下车路系统动力响应进行仿真分析。计算列车速度为200km/h和300km/h时不同基床表层厚度下的车辆、轨道及基床路基主要动力性能指标，并与测试结果进行对比分析。测试结果验证了计算模型的可靠性。根据计算结果分析列车速度与基床表层厚度对车路系统动力响应的影响规律，对秦沈线基床表层设计提出建议。     

武汉工程试验段路基基床表层级配碎石施工技术总结

客运专线铁路受行车速度的影响，对线下结构刚度、平顺性及耐久性均提出了较高的要求。路基是客运专线铁路所有线下结构中最为薄弱的区段，因此在客运专线铁路建设中，路基被正式确定为结构物。路基基床表层位于路基基床底层与无砟轨道之间，直接承受由无砟轨道传来的列车动载，对均布列车动应力、确保无砟轨道系统整体结构的耐久性以及列车运营的平顺性起着至关重襄的作用。     

基于离散元法的散体道床与基床表层耦合变形机理研究

基于真实道砟颗粒外形,采用离散元法建立了能真实模拟道砟颗粒间、道床与轨排之间、道床与基床表层之间耦合作用机理的轨枕-道床-基床表层精细化耦合模型。基于验证后的模型,对高速运营条件下轨道结构受力特性、弹性和塑性变形机理以及轨道沉降中道床和路基沉降所占比例进行深入研究。结果表明:轨道内接触力呈锥台状向下传递,在锥台形状断层处以斜面形式向斜下方延伸;存在道砟与基床表层碎石相互入侵现象,轨道沉降中道床沉降所占比例为83.9%~86.8%;轨道垂向弹性和塑性变形量、轨道沉降中道床沉降所占比例均会随着行车速度、列车轴重的增大而非线性增加。     

基床表层施工工艺及方法探究——以武汉至黄石城际铁路为例

铁路在进行改修或者正式施工的过程中，基床表层的施工工作是整个过程中较为重要的一个部分，对于普通的铁路路线而言，其最大的要求就是需要有优质的填料，尽管对于基床土质以及填土的密度方面有相关明确的设计要求，然而，我国依然在基床病害方面存在诸多问题。文章将基床表层的施工作为主要的研究对象，并将武汉至黄石城际的铁路为例，对该项工程开展概况描述，井对基床设计施工方案进行大体的介绍，在此基础上，对该项铁路施工工程的路基基床表层施工工艺及方法进行介绍和总结。     

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%。     

高速铁路桥涵过渡段级配碎石施工质量控制措施分析

基床表层是轨道的直接基础,是路基最重要的部分.高速铁路对轨道的要求是给轨道提供一个坚实而稳定的基础.而级配碎石基床表层在高速铁路中应用时间不长,在该段路基施工时没有相对成熟的施工工艺,因而有必要对其施工工艺进行研究和探讨.文章结合某高速铁路过渡段级配碎石施工实例,阐述了级配碎石基层施工工艺及质量控制.     

车辆-轨道-路基系统垂向动力分析模型的试验验证

基于车辆-轨道耦合动力学理论,根据秦-沈客运专线车辆的结构形式、悬挂特性及轨道结构特点,建立了具有两系悬挂的(客车)车辆-(有碴)轨道-路基垂向统一模型.采用研制的动力分析计算程序,对轨道随机不平顺激励下车辆-轨道-路基的动态响应进行了数值计算,并将路基基床表层动态响应的数值模拟结果与现场试验工点实测数据进行了对比分析.结果表明,该模型能较真实地反映车辆、轨道和路基垂向相互作用的基本力学特征,所得计算结果与实测数据比较吻合.     

高速铁路地基加固技术分析

高速、重载铁路技术的发展,加剧列车线路系统的动力相互作用,使路基的变形和破坏出现了一些新的特征,基床变形已成为路基的主要病害。基床表层是路基直接承受列车荷载的部分,是铁路路基最重要的组成部分。本文笔者分析了高速铁路地基加固技术。     

高速铁路新型路基材料的动响应减振研究

泡沫轻质土在公路路基上应用广泛,但尚未在高速铁路路基上应用。提出一种泡沫轻质土的高速铁路新型减振路基材料。通过对其密度,强度,应力应变特性进行深入探究,结合单轴压缩试验,研究不同养护龄期下的泡沫轻质土湿密度对抗压强度的影响。采用有限元软件建立传统材料和新型材料下的高速铁路路基模型,通过室内试验和资料调研得到材料参数,梁-弹性半空间模型模拟列车移动荷载,并将泡沫轻质土与传统路基材料在高速铁路路基上应用时分别产生的动响应进行对比研究。结果表明,泡沫轻质土的抗压强度与湿密度之间具有良好的相关性,抗压强度随着养护龄期的增长而增大,且早期增长较快,后期增速逐渐降低。相对于传统路基,新型路基基床表层、基床填土和地基基础的动应力都有一定程度的减弱,其中基床表层和基床填土的减振能力最为明显,消减幅度分别为3.75 k Pa和2 k Pa,地基基础相对减振0.78 k Pa。但在基床底层减振方面,传统路基材料反而比新型路基材料在基床底层上减振3.5 k Pa,故不建议将新型材料应用于基床底层。综上,泡沫轻质土在高速铁路路基领域具备很大的发展潜力,研究成果可为高速铁路路基的进一步减振研究提供参考。     

基于DEM-FDM耦合的普通铁路碎石道床-土质基床界面接触应力分析

引入离散元法（DEM）-有限差分法（FDM）耦合算法对普通铁路碎石道床-土质基床的界面应力进行分析。首先,基于激光扫描以及室内三轴试验,实现碎石道砟颗粒二维精细化离散元建模,并通过设置界面单元进行道砟与土两类不同介质层间速度与力的相互传递,实现离散元法与有限差分法耦合,建立了轨枕-碎石道床-连续土体耦合模型,并通过现场实测结果验证模型的合理性。在此基础上,计算列车通过时耦合模型中基床动应力分布特征,讨论轨枕-道床接触状态对其影响,并将计算结果与轨枕-道床-基床的整体有限元模型的计算结果进行对比。结果表明,轨枕-道床未完全密贴接触状态下,道床中力链呈离散型传递,反之,道床中力链呈向下扩散发展;两种接触状态下,基床表面应力分布差别显著,但是应力峰值接近。耦合模型得到的基床表面应力峰值显著高于有限元模型的计算结果;耦合模型中因道砟散体特性引起的基床表面局部应力集中,在路基中的影响深度约为道砟最大粒径（63 mm）的8倍,即近似基床表层深度。     

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。     

Analysis of dynamic compressive stress induced by passing trains in permafrost subgrade along Qinghai-Tibet Railway

To investigate dynamic compressive stress characteristics and related influencing factors in the permafrost site along Qinghai-Tibet Railway (QTR), a numerical analysis was carried out using self-compiling train-rail-subgrade-site dynamic coupling program ZL-TNTLM and ZL-RNTLM, by which the effect of the vibrating load generated by passing trains on the natural permafrost table was analyzed quantitatively. The results indicate that: (1) the additional dynamic compressive stress depend directly on axle load, the vibration energy at subgrade top surface is relatively larger when vibration frequencies range from 0.5 to 10 Hz, and the dominant frequencies at the top of the natural permafrost table are confined to be less than 3 Hz; (2) the vibration-affected subgrade area is mainly limited to the oval zone of 6 m below sleepers, stress concentration phenomena occur in the vicinity of rail-supporting zone in ballast, the maximum dynamic compressive stress at the bedding superface presents a saddle-type distribution, and certain negative exponential function can be adopted to fit the attenuation relationship of the dynamic stress vs. depth; (3) the dynamic compressive stress of subgrade top surface is the largest in winter, then followed by spring and autumn, and the least in summer, while the corresponding trend is quite the opposite in the interior of subgrade; (4) the dynamic compressive stress surrounding the wide gap decreases with the rise of train speed, however vibration response tends to be stable at certain critical speed, and the critical speed decreases with depth below subgrade surface; (5) the additional dynamic stress at the natural permafrost table can be notably reduced by appropriately increasing the embankment height. The drawn conclusions can, believed by the authors, provide certain theoretical insight for the safety evaluation of QTR operation, vibratory subsidence prediction, as well as the construction of permafrost subgrade.     

冲击碾压改建旧水泥混凝土路面施工时的地基振动特性

为了解冲击碾压水泥混凝土路面施工时的地基振动与影响特性,基于动力三维有限元分析方法,考虑材料的弹塑性,对四楞冲击压路机冲击碾压水泥混凝土路面时地基的振动与传播特性进行了研究,并将数值计算结果与现场地基振动监测数据进行了对比分析;然后将冲击碾压地基实测振动信号作为输入,对离震源不同距离的砌体和框架建筑结构时程动力响应进行了计算,探讨了冲击碾压改建施工的安全防护标准。研究表明冲击碾压引起的地基振动具有冲击瞬态特性,地基振动中竖向振动加速度分量最大,横向振动和纵向振动加速度大小相当。振动加速度各分量沿道路横向距离10m范围内衰减变化显著,随着冲击破碎遍数递增,土基振动有增大现象。冲压振动与结构物的共振效应较小,对15m以外的完好建筑物影响很小。建议在普查无临界状态房屋条件下结构安全距离为15m,考虑对人的振动影响安全距离为20m。     

重载铁路钢轨隐伤病害处振动特性分析EI北大核心CSCD

钢轨隐伤病害在重载铁路中大量存在,病害发展后期会导致病害位置整个轨道-路基动态响应增大,严重影响轨道-路基正常服役状态。为研究重载铁路典型隐伤病害产生后对整个轨道-路基的时频域影响特征,开展了现场静态测试与病害原因分析,以及分别进行了病害断面和正常断面的动态行车测试对比试验,得出了病害断面的时频域及振动传递特征。结果表明:病害断面钢轨轨头存在局部低塌、剥离掉块及多裂纹病害,轨头表面会存在明显的裂纹扩展区,其呈Y型扩展并有贯通整个轨头的趋势。病害断面轨道-路基振动明显较正常断面大,其中钢轨、轨枕、道床及路基振动大小均值分别是正常断面的26倍、23倍、13倍及5倍;病害断面轨道-路基频谱峰值存在转向架和邻轴距为基频10 Hz左右的周期性调制频率;病害断面轨枕下道砟粉化严重导致振动能量在2000 Hz附近几乎无衰减,而正常断面在2000 Hz附近由上至下各层之间振动能量依次减小;车速增大对病害断面钢轨振动冲击影响最强烈,对其下部轨枕及路基影响在45~75 km/h内逐渐减弱。     

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。     

膨胀土路堑基床新型防水层振动荷载下服役性能试验研究

膨胀土路堑基床病害是铁路工程中亟需解决的关键技术问题。针对新建云桂线膨胀土地段高速铁路工程实际,开展膨胀土路堑基床模型室内激振试验,研究新型防水结构层在干燥、降雨、地下水位上升三种极端服役条件下的动力性能及防水效果,并结合现场实测数据进行了分析。分析结果表明：服役环境对新型基床结构的动力特性影响显著,降雨和地下水位上升均引起基床动应力、速度及加速度不同程度的增加;新型防水结构层可加快基床内部动应力的衰减,动应力沿横向距离近似呈“Z”形分布,在轨道正下方出现峰值,距线路中线5.0m以外受振动影响较小;新型防水结构层能满足的防水、隔水、抗振、减振的要求,对提高铁路线路的平顺性和稳定性具有积极意义。研究成果可为新建云桂膨胀土高速铁路工程建设及同类工程实践提供参考。     

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。     

Field evaluation and analysis of road subgrade dynamic responses under heavy duty vehicle

The study of dynamic responses of a layered road system under heavy duty vehicle is one of the most important areas in the field of transportation. This paper introduced a field testing programme of traffic-induced road vibration in Guangxi, China and investigated the subgrade vibration induced by a heavy duty truck with various axle weights and speeds through a series of field tests. The vertical stress and acceleration of the road subgrade at different depths from the tests were presented and analysed. According to the test road, a semi-analytical model of the layered road was established via the stiffness matrix method and the heavy duty vehicle was simulated by ten moving rectangular load pressures. Numerical results in the space domain were derived by performing Fast Fourier Transform and were used to compare its results with the field measurements. The agreement between the numerical and the field results was good, which indicates that the proposed method is useful in predicting the dynamic stress and acceleration of a multi-layered road structure.     

改进迭代过程的车轨耦合振动数值解法及应用

针对列车-轨道耦合振动迭代求解过程,结合Newmark-β 积分格式,提出一种基于有限元法与非线性接触理论的改进迭代过程数值解法。考虑分别建立车辆系统和轨道系统振动方程,在耦合和解耦迭代过程中,构造松弛因子函数和收敛准则函数,简化轮轨界面协调适应条件,利用轮轨相互作用力在两子系统之间的快速迭代实现动态耦合关系的高效求解。此算法增强了对迭代收敛精度、迭代过程稳定性的控制,同时也减小了程序设计的难度。应用此算法分别对竖错和路基沉降两类典型线路缺陷引起的车轨振动响应进行了算例对比和分析,计算结果表明,改进解法在迭代速度和迭代稳定性上具有优势,可广泛应用于高速铁路车辆运行和轨道结构动力学问题的分析中。