重载列车荷载下新型预应力路基的加速度响应试验研究

路基的加速度响应是表征列车荷载下路基体振动剧烈程度的代表性参数。基于Buckingham π理论，研制了缩尺预应力路基动力模型试验系统，并开展了不同重载列车轴重、预应力大小和加载振次下的预应力路基加速度响应试验。结果表明：(1)预应力钢筋在张拉锚固后，由于路基土的蠕变变形会出现预应力损失现象，建议实际工程中进行超张拉；(2)路基在循环动荷载作用下产生显著的周期性响应，相同位置处横向加速度均小于竖向加速度，且振动能量从路肩向坡脚方向逐步衰减；(3)短期加载测试下，各测点加速度峰值基本随列车轴重的增加线性增大，随预应力的增加而近似线性减小；(4)35t大轴重列车长期荷载作用下，预应力100kPa下路基加速度有效值随振动次数的增加先减小后趋于稳定，且均小于无预应力工况下的加速度有效值。以上结果表明预应力加固结构在降低路基动力响应方面具有积极作用。     

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。     

重载铁路过渡段路基动力响应特性试验研究#br#

掌握列车移动荷载作用下路基的动力响应特性可为路基沉降预测,状态评估提供依据。开展重载铁路过渡段路基动力响应测试,研究动位移峰值沿线路纵向及边坡方向的变化规律,分析路肩处动位移峰值的随机分布规律。研究列车动荷载作用下路基的动力响应特征,并揭示振动能量沿路基边坡的衰减规律。结果表明：列车动荷载对路基的作用具有明显的周期性,可将相邻车厢的两个前后转向架作为一个加载单元,在该加载单元的重复作用下路肩处的动位移峰值服从正态分布。重载列车动荷载作用下路基的振动频率主要分布在0~20Hz范围内,振动能量从路肩向坡脚方向衰减剧烈,基床层受列车动荷载影响显著,而基床以下路基受列车动荷载影响非常微小。分析结果有助于评估列车荷载作用下路基的瞬时及长期动力稳定性,同时为采用模型试验及数值分析手段研究路基动力响应特性时准确模拟重复列车动荷载提供了思路。     

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。     

列车荷载对隧道下穿路基沉降的影响

以福建省九龙江北引水隧洞穿越鹰厦铁路、厦深高铁线路为研究对象,在路基加固前提下,采用换算土柱法转化的静荷载和类正弦形式列车荷载形式,采用软件FLAC3D分析了隧道单线贯通及双线贯通后的铁路路基变形情况。研究结果表明:类正弦形式列车荷载引起的路基沉降比换算土柱法转化的静荷载引起的路基沉降大0.4 mm,约5%;两种荷载引起的路基沉降槽形态均为"双峰"形态,峰值均出现在两隧道各自的中心线上;通过对比实测数据和两种工况的计算数据,得出静荷载计算结果与实测结果吻合较好。     

盾构隧道与横通道交叉结构的列车振动响应特性分析

针对目前国内铁路盾构隧道工程存在的横通道交叉结构问题,采用拟合的列车振动荷载公式,通过在轨道上施加轮轴对对应的振动力时程曲线模拟列车的行驶效应以研究交叉结构的动力特性。分析了不同列车速度、不同围岩级别下交叉口第一主应力和加速度时程范围内的包络线,研究了主隧道和联络横通道纵向不同位置的加速度时程响应。通过研究,获得了交叉口第一主应力和加速度最大值分布位置以及其相对列车行驶速度和围岩级别的变化趋势,并针对特定工程,获得了毗邻平行隧道动力响应相对列车行驶隧道的衰减比例,并将列车高速行驶效应分为接近段、通过段和驶离段等。研究结论对高速铁路水下盾构隧道的建设具有一定的参考价值。     

铁路路基沉降变形问题的控制方法研究

指出铁路路基在自重力和列车荷载力的作用下,容易产生施工后的沉降变形问题,对铁路路基沉降问题原因进行了分析,并提出控制铁路路基沉降变形的具体方法,以便作为铁路建设工程施工的借鉴参考资料。     

季节冻土区铁路路基振动加速度现场监测

为研究季节冻土区铁路路基在不同冻结时期振动特性,针对典型深季节冻土区大庆分别在冻结期、春融期和正常期进行列车行驶路基振动加速度的现场监测。研究结果表明:1季节冻区路基振动加速度有效值衰减速曲线可用负指数函数拟合;2路基振动强度受列车类型、行驶速度、列车编组、列车载重等因素共同影响;3受环境温度变化的影响,在冻结期自路基基床表层向下冻结,这部分冻结层使路基强度和刚度增加,阻尼比减小,因而导致加速度幅值在纵向和竖向被放大而在水平方向被抑制;4在春融期自基床表层向下开始解冻,由于其下部土体仍处于冻结状态,融化产生的水分无法及时从底部排出,于是形成饱水层使结构层强度大大降低,此时在上部列车荷载作用下,加速度幅值在纵向和竖向被抑制而在水平略有增加。     

列车荷载对高速铁路路基沉降的影响

为了研究在不同速度的列车荷载下路基的变形特征,建立了有限差分模型,参照不平顺管理标准,用激振力函数模拟列车荷载,运用FLAC3D对比分析了不同车速下的路基变形特征,结果表明:铁路路基动态沉降随着列车速度的提升而有所增大,列车运行时路基的最大沉降区域在路基表层的中心线处。     

提速对既有线路桥过渡段路基动力响应影响分析

基于无限元人工边界建立了既有线有砟轨道路桥过渡段路基在动荷载作用下的三维有限元模型,模型考虑路桥过渡段倒梯形的结构形式,利用一系列移动轮载扩散到路基面的动面力模拟编组列车通过过渡段产生的动荷载,分析了既有线列车通行速度在现行速度80km/h和目标速度160km/h范围内变化时,路桥过渡段在动荷载作用下的路基动力响应规律。研究发现:列车速度从80km/h提升至160km/h后,路基面动应力峰值将增大20%左右;相比普通路基,路桥过渡段路基在提速条件下会产生较大的动应力;路基面动应力沿基面以下深度方向呈指数形态衰减。     

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。     

巨型溶洞超厚填筑体表层沉降监测与预测研究

黔张常铁路高山隧道高位斜穿巨型溶洞,采用洞砟回填方法处治溶洞,填筑回填体+底部堆积体总厚度达67～121m。针对超厚回填路基建立了表层沉降监测系统,详细阐述了监测系统的设计与实施方法,并采用数值模拟和指数曲线法对路基最终沉降量进行预测分析。研究结果表明:超厚回填路基沉降可分为瞬时沉降、主固结沉降和蠕变沉降3个阶段,沉降量主要发生在瞬时沉降阶段和主固结沉降阶段;沉降量随时间的增加而增大,沉降速率随时间增加逐渐减小;回填体上部结构自重和施工期新增荷载(机械及其他荷载)是影响路基沉降的主要因素,路基不同位置对施工阶段的敏感度不同。在钢筋混凝土路基板隔振作用下,列车动载对路基板以下回填体沉降几乎不产生影响,路基最终沉降量满足列车正常运营要求。     

移动列车荷载作用下路轨系统及饱和半空间土体动力响应

利用Fourier变换对移动列车荷载作用下铁路系统和饱和半空间土体的动力响应问题进行研究。将整个系统分为上覆路轨系统和下卧土体分别求解,并通过应力、位移边界条件进行耦合。对于路轨系统,将钢轨简化为无限长弹性Euler梁;将枕木简化为连续质量块;对道渣层采用Cosserat模型。对于下卧饱和土体,由忽略土体自重的Biot波动方程出发,利用Fourier变换对Biot波动方程进行求解。在Fourier变换域内,联立铁路系统和下卧土体的动力方程,求解列车荷载作用下钢轨位移、加速度,土体位移、加速度及孔隙水压力表达式。利用数值积分方法对表达式进行Fourier逆变换,得到钢轨位移、加速度,土体位移、加速度及孔隙水压力在时域内的表达式。计算结果表明,水相介质与荷载移动速度都对路轨系统和土体动力响应有很大影响。当列车移动速度较低时,饱和多孔介质和弹性介质的位移响应仅在幅值上有区别,但当列车移动速度超过土体Rayleigh波速时,饱和多孔介质与弹性介质的动力响应有很大区别。     

动荷载作用下铁路路基翻浆冒泥探讨

结合工程实例,对铁路路基翻浆冒泥机理进行系统的总结和评述,分析列车动荷载对路基翻浆冒泥现象的影响,在路基的不同位置埋设土压力盒,对列车荷载传递规律进行监测。     

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。     

全风化花岗岩改良土在铁路建设中的应用

由于全风化花岗岩直接作为路基填料会造成比较严重的路基病害.本文从全风化花岗岩及其改良土的工程特性出发,分析了生石灰与水泥对全风化花岗岩的改良情况,结果显示改良土的工程特性好于未改良前的岩体.通过对列车动荷载作用下的无碴轨道路基进行模拟分析,确定边界条件后,分析了列车速度与基床表层厚度及动位移的关系,和动应力与加速度都与轮重的关系.结果表明,改良后的全风化花岗岩可以应用于铁路建设中.     

地铁盾构隧道穿越既有铁路影响分析

地铁盾构隧道穿越既有铁路路基工程中会引起路基的沉降,使得轨道结构产生额外的不平顺.利用Plaxis三维有限元软件模拟盾构掘进引起的路基沉降曲线,并进一步分析了在该沉降曲线下铁路行车安全性及舒适性.结果表明,盾构掘进引起的路基沉降小于6mm,最大高低不平顺和水平不平顺分别为0.19mm和0.20mm,行车时造成的第一轮对脱轨系数为0.47、第一轮对轮重减载率为0.34,横向加速度为0.36m/s2,竖向加速度为0.32m/s2,故建议施工期间对铁路实行限速运营.     

辅助墩对大跨度铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响

为研究辅助墩对铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响,以主跨828m的某单线铁路悬索桥方案为工程背景,建立了有限元模型,采用反应谱法和时程分析法对比研究了辅助墩对铁路悬索桥地震响应的影响。通过车-桥耦合振动分析,比较了不同位置辅助墩对桥梁和列车动态响应的影响。结果表明:设置辅助墩后,加劲梁的竖向地震反应明显减小,而桥塔的地震响应增大;车辆通过桥梁时,设置辅助墩后梁端竖向转角、车辆竖向加速度和轮重减载率均减小;当辅助墩位置向梁端移动时,梁端竖向转角、车辆竖向加速度及轮重减载率均逐渐减小,车辆响应对辅助墩纵向位置的变化不敏感。     

车辆行驶速度对连续刚构桥动力特性影响分析

文以某连续刚构桥为工程背景,在不同类型车辆以不同车速通过桥面时,对结构进行动力特性分析。利用有限元软件Midas/Civil 2015建立结构动力分析模型,并进行模态分析得到该桥固有频率和振型,通过时程分析,得出该桥在移动荷载作用下跨中位置的动力响应,包括位移、速度和加速度。根据结构的动力响应和对比车辆行驶速度对结构动力响应的影响得到如下结论:当车辆速度相同时,随着移动荷载轴重的增加,位移和加速度响应也相应增大。三种不同轴重车型以不同速度在桥面上行驶时位移、速度及加速度响应均出现了两个波峰,并非是车辆速度越大,动力响应就越大,这为该类桥梁设计和动力性能研究提供参考。     

桩网结构路基应力传递特性及累积沉降规律

桩网结构路基由于诸多优点而成为高速公路、高速铁路广泛采用的一种路基形式。通过足尺物理模型试验研究了动、静荷载作用下的应力传递特性以及长期列车荷载作用下的路基累积沉降规律。试验表明,路堤内部的静应力先随路堤深度衰减,到达土拱区域后,桩顶上方土体的应力并没有衰减,反而随路堤深度递增,即产生明显的土拱效应。列车动荷载作用下,土拱效应仍可以发挥作用,动应力沿深度的分布模式与静载作用下类似。该种形式的桩网结构路基在40k Pa静载作用下,变形小于1mm,荷载20k Pa时,路基弹性变形小于0.4mm。该种路基在列车循环荷载作用下的累积沉降在毫米级别,并在列车运营的1~2年内完成。