地铁列车振动荷载引起的隧道动力响应分析

已开通运营地铁工程长期承受地铁列车振动荷载的影响,会造成地表不均匀沉降,管片结构附加应力增大,地表振动频率过大易出现城市环境振动污染,影响居民正常生活。以某运营城际铁路为工程依托,采用人工数定激振力函数模拟地铁列车振动荷载,建立了地铁列车振动荷载下隧道动力响应分析模型,对隧道管片结构弯矩及上部地层竖向位移进行监测分析,将地表竖向位移振动加速度换算为等效声级,结合城市环境振动标准,可知列车行驶过程中,地表振动环境污染符合城市环境振动标准规定的限值。     

列车振动影响下隧道结构的动力学响应浅析

本文基于已有的研究成果，首先从理论分析、数值模拟以及实测试验三方面介绍了单洞隧道内列车振动对隧道衬砌结构的影响，给出了衬砌结构不同位置处的动力响应。其次，从单线荷栽和交会荷栽两方面着重介绍了城市地铁隧道中的近距双线隧道的动力响应。已有成果表明，列车振动的存在使得隧道结构产生了附加应力，但由围岩压力所产生的结构静内力依然是结构设计的控制内力。隧道结构在服役期带裂纹工作不可避免，但该方面成果较少，加之我国隧道数量庞大，其在列车振动下的动力响应与安全性，应当成为下一阶段的主要研究方向。     

大跨度铁路钢桁拱桥车—桥耦合振动分析

为使列车高速通过大跨度铁路钢桁拱桥时具有良好的走行性,同时使桥梁具有良好的动力安全性,对该类桥梁的车-桥耦合振动进行分析.基于车-桥耦合振动理论,采用三角级数法模拟轨道随机不平顺,联立轮对沉浮振动及侧滚振动方程迭代求解轮轨力,采用迭代法求解桥梁及车辆响应.以南京大胜关长江大桥为例,采用推荐方法对该桥在不同列车(德国ICE3动力分散式高速列车、中华之星列车、南京轻轨列车、空载P62货物列车)以不同速度通过时,桥梁和车辆的动力性能进行分析.分析结果表明,该桥安全性和列车安全性、平稳性指标均满足要求,列车平稳性优良,推荐的计算模型及简化方法可用于同类桥梁的车-桥耦合振动分析.     

高速铁路隧道结构动力累积损伤模型试验研究

为探讨高速铁路隧道衬砌结构在列车振动荷载长期作用下的动力累积损伤特征,阐述混凝土结构动力相似材料模型试验原理,以武广高速铁路金沙洲隧道为原型,利用微粒混凝土作为相似材料,构建隧道与围岩动力相互作用全断面试验模型,施加高速列车振动荷载对相似材料模型进行动力累积损伤试验;试验过程中同步测试隧道衬砌结构各特征点动应变、超声波速度以及隧道底部围岩接触应力的时程响应数据,分析隧道衬砌结构动力响应特征与累积损伤规律。得出了在设计使用寿命期内,高速列车振动荷载长期作用下,隧道衬砌结构动力累积损伤效应不明显,而隧道底部围岩累积损伤破坏则应引起足够重视等研究结论。     

京张城际铁路隧道列车对水关长城的振动影响

拟建的京张城际铁路以隧道方式穿过水关长城,分析列车振动对长城的动力影响十分必要。基于《古建筑防工业振动技术规范》,预测了3种运行速度下的14个隧道点位列车振动对长城的影响。结果表明,隧道列车振动传播到长城基部地面后的地面最大振动速度值较小,低于古建筑的振动速度容许限值。可以认为采取深埋隧道穿越水关长城所在区域,对长城影响较小,深埋隧道方案是可行的。     

基于有限元方法的铁路路基动力响应场分析

在模拟了铁路轨道不平顺和高速列车振动荷栽的基础上,分析了铁路路基动力响应(位移、加速度、应力)在列车荷栽作用下线路横断面的分布规律,得到路基动力响应的横断面分布场图,找出了路基动力响应的最不利位置.将模拟计算结果与秦沈客运专线现场动力测试数据对比,两者反映出的规律是一致的.     

列车荷载作用下立体交叉隧道的响应分析

以内昆铁路疏解线新梅花山隧道和六沾线乌蒙山隧道近距离立体交叉隧道为背景,研究列车运营期间,列车振动对隧道结构的影响。采用激振函数模拟列车竖向振动荷载,并通过对围岩-隧道体系进行模态分析,得到体系的振型和频率,以确定合理的阻尼系数和时间积分步长。最后运用Newmark隐式积分法,分别研究在各种列车荷载工况作用下,立体交叉隧道的动力响应,确定在列车振动荷载作用下衬砌结构的薄弱部位及相应的位移和应力。     

宁东铁路跨下伏输水隧洞的静动力计算及可行性分析

为了评价铁路修建的可行性及运营期间列车荷载对下伏输水隧道钢筋混凝土结构的安全性影响,开展了岩基-隧道钢筋混凝土结构的静动力计算研究,分析了移动列车荷载作用下岩基和衬砌的质点最大位移、最大主应力、振动位移和振动速度的变化规律。结果表明,列车移动荷载引起的岩基及衬砌结构的最大应力低于材料的容许应力;振动位移和振动速度时程曲线具有明显的三阶段特征,且同一列车速度时振动曲线特征点的对应时刻基本相当;振动位移的影响深度随列车速度的增加而增加,衰减完成的时间随列车速度的增加而减少。在输水隧洞上方修建铁路对其钢筋混凝土衬砌结构的安全性影响甚小,无需加固处理。     

重载列车作用下隧道衬砌结构动力响应分析

以山西中南部铁路通道某既有隧道为背景，结合现场实测数据进行荷载分析，得到列车激振力函数表达式，并求得80 km/h时30 t轴重列车荷载轮轨激振力时程曲线；运用快速拉格朗日差分软件FLAC3D，建立了重载列车荷载作用下隧道三维地层-结构计算模型，得出了隧道衬砌的动力响应分布，并分析了重载列车作用下，隧道结构的薄弱部位及会车对结构产生的影响。     

铁路隧道火灾事故及其规模研究综述

铁路隧道火灾规模是隧道火灾防治的关键问题。通过对国内外铁路隧道火灾事故及列车火灾规模大小的统计,分析了铁路隧道火灾事故发生的原因和产生的后果,提出了减少铁路隧道火灾事故的相关建议。总结了影响铁路隧道内列车火灾规模大小的因素,建议列车材质采用难燃材料、设计合理的防灾通风速度、尽可能减少列车门窗的开启数量等措施来降低隧道内列车火灾规模。在此基础上,结合我国铁路客车的特点及国外相关研究结果,建议在铁路隧道和隧道群火灾后果评估中,可采用15 MW的稳定热源作为参考。     

风、列车作用下大跨度斜拉桥索-梁相关振动研究

为了研究大跨度铁路斜拉桥在随机风、列车动力作用下索-梁相关振动导致的拉索振动状态,开发三维空间非线性有限元动力计算程序、列车动力学模型、风场模拟算法,以实际斜拉桥为研究对象,建立全桥三维有限元计算模型进行详细的计算分析。首先,分别使用拉索不分段与分段的全桥模型进行模态计算,讨论拉索局部振动特性与全桥振动特性之间的关系。然后,计算在简谐外激励作用下斜拉桥全桥的非线性振动时程,对比单根拉索在端部位移激励下的非线性振动特性与全桥结构中拉索发生大幅索-梁相关振动之间的差别,依据非线性振动理论,讨论实际斜拉桥中拉索发生索-梁相关振动的共振条件。最后,使用拉索分段的斜拉桥全桥模型,研究在三维空间中,风场动力作用、列车动力作用、风-列车-桥梁耦合动力作用在各个工况下对斜拉桥全桥索-梁相关振动的影响。研究结果表明：对于大跨度铁路斜拉桥,在实际日常运营状态下,风和列车的作用不会使结构进入非线性振动状态;单独的风或列车动力作用不会使拉索达到索-梁相关振动的共振条件;风-列车-桥梁耦合动力作用下拉索振动相对单独的风、列车作用更为明显,但也不会使拉索达到索-梁相关振动的共振条件。     

狮子洋隧道洞口列车振动流固耦合分析

根据车辆-轨道耦合模型，采用弹性地基梁板模型，得到列车轨下激振力。按广深港高速铁路狮子洋盾构隧道洞口资料，建立精细的三维数值模型，通过FLAC3D软件对列车荷载引发的隧道动力响应进行了数值模拟，分析了列车振动作用下狮子洋隧道洞口水-土耦合规律。结果表明:在列车振动荷载作用下，孔隙水压力增长区域位于隧道周边的一定范围，主要分布在隧道底部地层, 在左右两隧道之间的隧道下方地层，超孔隙水压力值最大；地层受振位移响应等值线呈倒钟状分布，隧道上方影响范围大，且衰减缓慢，隧道下方影响范围小，且衰减迅速；管片左侧近域地层位移响应最大，列车振动对相邻隧道附近地层的影响不明显，其位移值远远小于左侧的地层位移。     

列车作用下东巨寺沟铁路隧道围岩动力反应分析

东巨寺沟铁路隧道选取试验段中实施湿喷工艺喷射聚丙烯纤维混凝土,作为支护结构,并作永久性支护结构,免除二次衬砌;为研究该隧道在列车作用下的动力响应,从土－结构相互作用模型出发,采用粘－弹性人工边界条件,建立隧道支护结构－围岩相互作用的动力分析模型,采用时程积分法研究了列车荷载对铁路隧道围岩和支护结构的动力作用,分析了列车荷载作用下由于轨道不平顺引起的动力响应,并对该隧道围岩的稳定性进行了分析。分析结果表明:在列车动力作用下,隧道围岩和支护结构变形微小,处于稳定状态。     

国外高速列车进出隧道空气动力学模型实验研究方法

隧道空气动力学是隧道设计中面临的一个主要问题.高速列车进出隧道、两高速列车在隧道内相会时,会引起噪声及车厢内压力的变化,不仅对乘客及环境造成损害,也对列车的稳定、走行阻力以及车体构造都有影响,还会危及隧道中作业人员的安全.因此,开展高速列车隧道空气动力学的研究,是隧道设计和既有隧道改造的重要依据.这类问题研究方法很多,主要有:模型实验、数值模拟、现场实测.模型实验研究是较为经济、可靠的方法.在收集大量国内外模型实验研究文献的基础上汇集、论述了浅水槽、各种发射式列车模型实验研究方法的实验原理、实验系统配置及检测方法.并对各种方法进行了比较,得出摩擦发射式列车模型实验是最理想的实验研究方法.     

列车动载对紧邻基坑支护影响的动力测试及分析

当既有线路紧邻基坑时,列车的长期动载作用会引起基坑支护的动力响应,因此按照列车等效静载设计基坑支护的方法难以完全满足紧邻既有线路的基坑施工安全要求。本文依托潍日高速上跨胶济铁路转体桥基坑工程,开展了基坑支护的动力响应测试研究,得到了距离既有线路不同距离下的基坑支护的振动加速度,总结了由列车动载引起的基坑支护振动加速的衰减规律。     

基于统计原理的铁路隧道运营期灾害类型及防灾对策研究

统计分析了83例国内外铁路隧道运营期事故资料,研究了铁路隧道运营期间主要灾害类型、原因及防灾对策。研究结果表明:1)铁路隧道运营期间主要灾害类型有火灾、列车碰撞、脱轨及衬砌剥落;2)铁路隧道运营期防灾应以隧道火灾为重点,同时兼顾列车碰撞、脱轨和隧道衬砌混凝土剥落等灾害;3)隧道内旅客列车火灾的主要原因为列车车辆关键部位故障、人为因素、列车车辆缺陷致列车碰撞或脱轨;4)依据土建设施规模及隧道结构分布特点,长大铁路隧道(群)运营期防灾模式可选择定点停车疏散救援模式、全长或局部范围内随机停车疏散救援模式;5)铁路隧道防灾涉及基础设施、铁道车辆和运输调度,应建立铁路隧道运营期灾害防范体系及预警系统,防止事故发生。     

大跨多线铁路钢桁梁桥车桥耦合动力分析

为研究列车通过桥面上设置多线铁路的大跨度钢桁梁桥所激发的车桥耦合振动的规律,以某两联2×84m连续钢桁梁桥为研究背景,将列车视为多刚体动力系统,用空间有限元对桥梁进行离散建模,并将列车、桥梁视为联合动力体系,建立列车与多线钢桁梁桥的车桥耦合动力模型,计算分析列车通过该桥时的桥梁动力响应和列车走行性。研究结果表明:当ICE3高速客车、C62普通货物列车混合编组通过桥梁时,桥梁和车辆的动力响应比单线客车通过桥梁时明显偏大;列车在各种组合工况下通过桥梁时,列车走行性能得到满足,桥梁动力性能良好。     

下穿铁路隧道爆破施工动力响应研究

针对新建公路隧道爆破施工下穿既有铁路隧道时，引起既有铁路隧道动力响应问题。运用有限元数值软件模拟分析了下穿公路隧道与既有铁路隧道中心位置不同时，既有铁路隧道的动力响应规律。研究结果表明:爆破施工至铁路隧道正下方中心时，既有铁路隧道底部最大振动速度为5.97 cm/s，小于规范允许值6.00 cm/s，数值模拟结果符合现场振动监测数据值；对既有铁路隧道的变形影响，从公路隧道开挖至近侧、中心、远侧、贯通，四个阶段最大变形值为4.86 mm，未超过规范允许值10.00 mm。     

高速列车通过隧道流场的三维数值模拟

应用三维粘性、非稳态不可压缩流的数学模型,对高速列车通过隧道时隧道内的压力变化、列车受到的气动阻力等问题进行分析研究,得到了隧道内的压力流场三维分布图,求出了速度、阻塞比等参数与压力、气动阻力之间的数值关系,为解决高速列车通过隧道引起的空气动力学问题提供参考。     

客运专线隧道压力波数值分析中经验系数确定方法介绍

随着铁路高速化的不断发展,高速列车通过隧道时诱发压力波引起的乘客舒适度问题越来越受到关注.采用一维可压缩非定常流动模型和特征线法能够准确地计算多种工况下隧道单车压力波和会车压力波.在计算中,列车壁面与隧道壁面摩擦特性、隧道内车头、车尾处三维流动特性、隧道端口处流动特性均用经验系数来表示.这些参数对于隧道压力波的准确计算是非常重要的.根据一维不可压缩流动理论,建立了确定上述相关流动特性经验系数的计算程序,通过与国外实验数据对比表明了程序的正确性,为今后现车试验、模型试验中这些经验系数的确定提供了有效的工具.