时速250km客运专线路基动力响应研究试验

结合合肥—南京客货共线铁路试验段进行路基原位动载试验,通过模拟测试路基在相同机车轴重不同通过车速情况下的弹性变形及振动加速度,对路基在不同行车速度条件下的动力响应作以研究。通过对循环荷载下沿线路横向不同距离路基弹性变形、加速度以及轨下不同深度动应力测试,获得路基弹性变形、加速度以及动应力衰减规律。研究表明,现有规范对弹性变形的建议值不尽合理,提出时速200 km及以上客运专线铁路弹性变形合理建议值,为新建铁路客运专线设计及规范提供依据。     

沪宁城际高速铁路路基段振动试验研究及数值分析

为研究沪宁城际高速铁路引起的周围环境的振动特性和传播规律,进行了现场试验和数值分析。从时域和频域两方面对测试数据进行处理分析,结论如下:实测的直线段路基结构,钢轨竖向振动加速度大于横向振动加速度,振动以竖向为主;振动传播过程中,高频成分迅速衰减,低频成分衰减较慢;地面振动频率主要集中在70Hz以内的频段;地面振动频谱曲线在34Hz处出现最大值,反映了车辆的轴距作用;振动随传播距离单调衰减,传播初期衰减较快,传播至土体后衰减速度放慢。建立了数值分析模型,研究列车作用下地面的振动响应,并与实测结果进行比较,验证了模型的合理性,分析车速对振动的影响,结果表明:路基结构的振动加速度在车速为350km/h时达到最大,地面土体振动加速度在车速为250km/h时达到最大;振动在距路基坡脚20m至更远处的传播中,衰减速度非常缓慢。     

高速铁路路基动力响应特性

结合高速铁路路基基床动力响应现场实测与有限元计算,分析了无砟轨道路基动应力、动变形和振动加速度的幅值特征及变化规律,揭示了列车荷载作用下基床内应力、应变的分布规律。研究结果表明:轨道路基基床动应力范围为11~16 k Pa,随车速变化不明显,随轴重增大而增加,每1 t轴重产生动应力约为1.02 k Pa;无砟轨道路基基床表面动应力分布范围较大且相对均匀,动应力随深度衰减较缓慢;无砟轨道路基动变形较小,随着路基刚度的增大动变形减小且分布较均匀,路基对线路整体刚度影响不大;无砟轨道路基振动加速度一般不大于10 m/s2,振动主频100~500 Hz。     

重载铁路路基基床不同改良厚度的动力响应研究

重载列车荷载对路基基床的影响较为显著,为探究北方风沙地区选择水泥改良的粉细砂作为基床填料后路基体的变形及动力稳定性。通过动三轴试验对比分析了不同掺入率水泥改良土临界动应力大小及不同围压下回弹模量的变化规律,进一步结合FLAC3D建立三维动力仿真模型,重点探讨了列车激励荷载作用下路基基床换填不同厚度的5%水泥改良土时动应力、沉降变形、振动加速度的变化分布规律。结果表明:5%水泥改良土临界动应力、回弹模量较原状土提高幅度最大;路基体竖向动应力、位移、加速度峰值均随深度增加而逐渐减小;路基基床对动应力的扩散抑制作用较强,动荷载传递经基床后平均衰减约83.5%;路基沉降主要产生在中上部,且随基床底层改良厚度增加路基顶部最大竖向位移逐渐减小,最大减小约45.6%;此外,振动加速度传播经改良后的路基基床衰减幅度较明显,约为69.4%。     

高速铁路无砟轨道路基动应力频谱特性研究

通过建立无砟轨道-路基系统三维有限元数值模型,模拟8列编组的CRH380A型动车组运行过程,计算揭示高速列车荷载作用下路基内部动应力时空分布规律及其频谱特性。研究结果表明:路基竖向动应力时程呈现"驼峰"或"波浪"型周期性变化。动应力在基床范围内迅速衰减达60%,且基床表层或轨道边缘下方路基中衰减较为剧烈。路基承受的动应力作用频率为车长对应频率1-4的整数倍,主要受车辆长度、转向架间距及列车速度等因素控制,轨道不平顺没有改变路基承受荷载的主频率。依据动应力时程曲线及其频响特征,建立轴重为140 k N的高速列车在CRTSⅡ型轨道板上运行时路基各结构层所受荷载的函数实用表达式,为路基填料的动力试验与路基结构设计提供荷载参考依据。     

动荷载下软土路基变形规律研究

研究目的:为研究列车循环荷载下的路基变形特性,找出路基中土的动力特性.本文首先介绍了胶新线试验段的基本情况,从理论上分析计算了路基沉降与时间的关系,给出了路基计算模型与路基土本构方程.进而通过研究列车动荷载下的路基弹性变形与塑性变形特性,得到路基动应力衰减曲线.研究结论:(1)实际中应变波是在有限深度内传播的,一般在路基面以下5 m弹性变形很小.弹性动应变所占比例很小,不足0.06%,而且随着深度逐渐减小,所以弹性动应变对松软土路基工后沉降的贡献很小;(2)在动载试验150万次后,测得路基的塑性变形值为:级配碎石基床表层塑性变形为27.35 mm,松软土地基塑性变形为2.67 mm.动荷载对工后沉降的贡献主要体现在路基基床部分,工后沉降在列车运行1年后趋于稳定.     

新建隧道下穿高速公路动力响应及变形控制研究

为揭示上部重型汽车振动荷载对立体交叉工程结构稳定性的影响,依托祁家庄隧道近接下穿既有G6高速公路工程,结合重型汽车运动微分方程建立的基于现场振动实测激励输入模型,运用连续介质快速拉格朗日差分分析法,研究重型汽车振动荷载作用下公路路基体、围岩夹层和下部隧道结构的动力响应特性和变形规律。结果表明,在重型汽车进入和驶离目标断面时,路基监测点动位移曲线呈现周期性变化且存在汽车荷载叠加效应,最大动位移达2.93 mm;隧道开挖促进应力-应变滞回圈的形成,加剧振动波能量的损失,动应力累计衰减0.248 kPa;重型汽车荷载引起的振动效应是造成下部隧道拱顶沉降的主要原因,其最大变形达0.226 mm;采用循环进尺为2 m的上下台阶法,可保证交叉段上部公路及下部隧道的安全和稳定。     

膨胀土路堑全封闭基床结构型式及其动力模型试验

对膨胀土地区新型铁路路堑全封闭基床结构进行室内足尺模型试验,得到循环振动荷载作用下基床的动力特性。结果表明:新型全封闭基床结构中动应力沿深度的衰减规律呈指数型,速度和加速度沿深度的衰减规律成二次曲线型,说明在基床表层底面铺设半刚性结构层使振动速度和加速度的影响深度增大;基床底层底面的最大动应力、振动速度、加速度以及路基面最大动变形波动区间分别为4.09~6.13kPa、1.72~3.15 mm/s、0.082~0.085m/s2和0.30~0.43mm,均小于高速铁路基床相应动力指标限值,验证了新型膨胀土路堑全封闭基床结构设计的可行性和合理性。     

基于大跨度桥梁变形的桥上车体振动加速度简化分析方法

在分析桥梁变形与轨道变形的映射关系基础上，从轨道平顺性与车体振动加速度的相关关系出发，确定高速铁路轨道长波不平顺采用60 m中点弦测值评价且有效管理截止波长为200 m，通过实测数据的统计分析建立轨道不平顺60 m中点弦测值与车体振动加速度的关系式，据此提出在荷载组合作用下高速铁路大跨度桥梁上车体振动加速度简化分析方法。分析荷载组合下大跨度桥梁变形引起的车体振动加速度时，对于设计阶段，将荷载组合下的桥梁理论变形曲线经200 m高通滤波后计算60 m中点弦测值；对于建成阶段，将桥上实测轨道不平顺消除轨道自身随机不平顺后的轨道线形作为桥梁变形曲线，再经200 m高通滤波后计算60 m中点弦测值，并代入其与车体振动加速度的关系式，得到桥梁变形引起的车体振动加速度。以某长江大桥为例对该方法进行验证。结果表明：采用该方法和车辆-轨道耦合分析方法得到的大跨度桥梁变形引起的车体振动加速度分别为0.39和0.35 m·s^-2，基本一致，验证了该方法在大跨度桥梁上的适用性，以及对大跨度桥梁长波不平顺进行200 m高通滤波的必要性与合理性。     

交通荷载作用下风积沙路基动力响应分析

基于风积沙的特性,采用快速拉格朗日有限差分程序FLAC3D,对交通荷载作用下风积沙路基内部永久位移、动应力和加速度的时空分布规律进行研究.研究结果表明,风积沙路基永久位移和动应力都随重复荷载作用次数的增加而增大并逐渐达到稳定;永久位移、动应力和加速度都随深度的增加急剧衰减,在路基横向位置,永久位移和动应力在车轮处作用最大,并向两侧衰减扩散;动附加应力具有累积效应.     

黏弹阻尼道床阻尼厚度对隧道及地表振动衰减特性的模拟研究

为探究黏弹阻尼道床阻尼厚度对隧道及地表振动衰减特性的影响,为工程设计提供理论支持。利用ANSYS建立土体-隧道-道床平面有限元模型,分析在5～25 Hz频率荷载的作用下,整体道床和黏弹阻尼道床在隧道结构中的振动响应,并分析这两种道床下地表距离隧道中心线不同距离的振动加速度的衰减特性。结果表明:荷载频率小于10 Hz时,在地表距离隧道中心25 m左右,振动有明显的放大区域;荷载频率为10～20 Hz,振动加速度随道床阻尼层厚度降低,阻尼层越厚振动衰减越明显;随着黏弹阻尼道床阻尼层厚度增加,隧道衬砌底部振动加速度有效值依次降低,隧道壁竖直方向振动衰减更加明显,阻尼层每增加2 mm,振级降低1～4 d B。     

沪宁城际铁路振动对周围环境及邻近铁路地基沉降的影响研究

本文对沪宁城际高速铁路列车运行引起的周围环境振动特性和振动传播规律,以及振动对京沪铁路地基沉降的影响进行研究。通过建立数值模型,分析桩网结构地基加固方式和土质条件对振动的影响,并对振动引起的京沪铁路地基土体累积变形进行了预测。结果表明:采用桩网结构进行地基加固后,地面振动减弱,且距离地基加固区越近,减振效果越明显,距线路中心线10m处地面振动加速度峰值下降约33.8%;土质条件对振动传播有较明显的影响,软土条件下,振动衰减较快,近场地面处的振动较大,应重点关注振动对行车安全的影响;较硬土质条件下,振动衰减较慢,应重点关注振动对周围环境的影响;当地基表层和底层土体硬度较大,且中间夹有软土层时,振动衰减速度缓慢,应注意振动的影响范围。两线路基坡脚间距为20m时,在沪宁城际铁路当前轨道平顺性和平顺性恶化条件下,列车运行导致京沪铁路地基土体累积变形量分别增加3.44%和7.07%;坡脚间距为5m时,列车运行导致京沪铁路地基土体累积变形量增加18.36%,这反映出轨道平顺性和线间距(沪宁城际与京沪铁路间距离)对列车荷载循环作用下的地基土体累积变形影响较小。     

青藏铁路多年冻土区路基结构的动力分析

研究目的:本文对青藏铁路冻土路基在列车荷载下的结构动力进行了分析研究,为多年冻土区路基工程设计和铁路运营安全分析提供了依据。研究方法:以青藏铁路清水河多年冻土区试验段路基结构为工程背景,利用列车——轨道二维动力模型得到的道床底部列车荷载激励曲线,对冻土路基结构进行有限元时程反应分析,探讨冻融状态下路基的列车振动荷载效应。研究结论:无论是暖季融化还是寒季冻结状态,列车振动荷载产生的土体压应力都大大高于静荷载,车速对土体动应力反应有明显影响;冻结状态下,路基中下部土体的动力反应较大,而暖季融化时路基顶部土体对动应力有较显著的放大作用,因此,在工程设计和运营养护时应有针对性地对结构进行加强。     

轮轨动荷载作用下全封闭声屏障的振动分析

以全封闭声屏障为研究对象,分析CRH_2型动车组、C_(80)型货车轮轨动荷载作用下声屏障的振动响应。建立金属吸声板声屏障、混凝土声屏障与32 m箱梁耦合的有限元动力分析模型,分析列车作用在箱梁上的轮轨力。通过计算得到不同列车速度下声屏障的位移和加速度响应,分析动位移、振动加速度、频谱特性和总振级的变化规律。结果表明:轮轨动荷载作用下声屏障的竖向、横向位移很小,均在2 mm以内;动车组作用下声屏障的振动加速度峰值可达5 m/s~2;金属吸声板声屏障各考察点处的竖、横向振动加速度在各车速下均较混凝土声屏障大;声屏障振动加速度级在频率40~80 Hz出现第一个峰值(较大),在频率400~800 Hz出现次峰值(较小)。     

水位变化对无砟轨道路基变形特性影响的研究

在地下水位变化等干湿循环作用下,高速铁路路基中含水量和饱和度发生变化,加剧了路基在列车移动荷载作用下的累积变形,影响路基的长期服役性能。本文采用足尺物理模型试验,研究多次水位变化情况下高速铁路无砟轨道路基的变形特性,获得轨道板弹性变形以及路基累积变形的发展规律。本文研究表明,轨道结构弹性变形会受到列车运行速度、列车轮轴荷载振动次数和水位变化等综合因素的影响。路基地下水位第一次循环变化极大加剧了路基的累积变形,而多次循环下路基累积变形变化较小。最后对路基累积变形实测结果进行拟合,得出路基累积变形随轮轴荷载振动次数以及列车运行速度的变化规律。     

宝兰客专路堤段地面振动特性 试验研究与数值分析

基于高速列车动荷载激励引起的无砟轨道-路基-黄土地基体系的地面振动问题,对宝兰客专DK993+110处路堤区段地面振动进行试验研究和数值分析。对试验数据从时域和频域2个方面进行分析,研究不同车型的动荷载引起地面垂向振动加速度在黄土地基中的衰减规律,研究结果表明;在距离线路中心线10～24m衰减较快,随着距离增大,距离线路中心线24～42m衰减速度趋于平缓,且在30～42m处各型车引起地面振动均出现了振动反弹增大现象。建立车辆-轨道-地基系统模型,研究列车动荷载作用下的地面响应,发现与实测结果吻合良好,验证模型的合理性与计算的正确性,依据不同场地速度结构,通过改变地基介质模量比和覆盖层厚度的方式,分析地基介质模量比和覆盖层厚度对振动反弹增大的影响。分析车速对地面振动的影响,发现地面振动随车速增大呈增大趋势,且不同车速列车引起振动反弹区域也有一定差异。按《城市区域环境振动标准》评价该处地面振动Z振级,回归分析得出各型车引起Z振级符合对数衰减规律,但在振动反弹区30～42m处拟合效果较差,表明拟合公式适用范围应当限定在10～30 m之间。     

轨道交通槽形梁局部振动及参数敏感性分析

针对轨道交通槽形梁局部振动的问题,基于有限元理论,建立轨道交通槽形梁有限元模型。对其进行模态分析,再基于车辆-轨道耦合动力学理论,计算槽形梁在列车荷载作用下的局部振动响应,通过对选取的5个输出点的加速度频谱曲线进行分析。研究结果表明:槽形梁翼缘板的横向振动响应最大,最大的加速度振级为107.2 d B。槽形梁底板的垂向振动加速度在50 Hz处有峰值,左右两边的翼缘板和腹板的横向振动响应频谱曲线相类似,都在12.5 Hz和40 Hz处有峰值。通过槽形梁结构参数对槽形梁局部振动响应的敏感性分析,表明加厚底板厚度能够很好地降低槽形梁的振动响应。但并非越厚越好,其最佳值还有待进一步分析。     

高速铁路板式无砟轨道-路基结构动力特性研究

针对列车走行的实际情况,将板式无砟轨道-路基作为参振子结构纳入车辆计算模型,建立包含车辆、钢轨、板式轨道和路基为一体的二系垂向耦合动力分析模型,分析列车速度对车辆运行品质、系统动位移以及动应力的影响。结果表明:车体加速度、动轮载和轮重减载率均随车速的提高而增大,呈线性分布,当列车高速通过无砟轨道-路基结构时,列车运行的安全性和舒适度指标都能满足要求;系统动位移受速度影响较小;轨道板易发生疲劳破坏,需采用双层、双向配筋;路基面动应力随速度的提高而增大,但数值比有砟轨道的小;路基动应力沿路基深度方向衰减较慢,在基床表面下3 m处,动应力只有基面的25%左右;无砟轨道的基床加速度远小于有砟轨道的加速度值,表明无砟轨道结构可以有效地改善列车荷载对路基基床的振动作用。     

地铁相邻地下建筑振级评定试验与分析

采用嵌入式环境振动智能监测系统,获得了紧邻地铁车站的地下商业建筑楼板铅垂向加速度时程谱与傅里叶谱。对优势频率振动能量衰减规律进行了拟合分析,获得了二次振动影响范围;通过铅垂向Z振级计算,对该地下建筑环境振动状况作出了评价,并给出了振级随距离衰减关系的数学模型。研究成果可为类似工程提供参考依据。     

武广高铁红黏土路堑基床动响应现场测试与分析

研究目的:路基基床承受列车和轨道荷载,必须具有足够的强度和稳定性.随着列车速度不断提高,对路堑基床在高速列车动载作用下的力学响应进行现场测试分析,对于正确的进行高速铁路路基设计具有重要的指导意义.研究结论:通过动响应现场实测,研究了时速300～350 km的机车通过武广高铁红黏土路堑基床时的动响应规律.分析了不同方向列车行驶条件下,振动速度、振动加速度、动应变、动应力沿基床横向、深度方向的分布规律.分析表明:竖向测试断面上振动速度、振动加速度、动应变、动应力等动响应参数均随深度增大而衰减;横向测试断面上,右线车作用下基床动响应近似呈倒“V”字形变化,左线车作用下随水平距离的增大而减小.与有砟轨道基床动响应测试成果对比表明:同等条件下,无砟轨道基床动响应小于有砟轨道,且无砟轨道下动响应衰减速率慢,影响深度大,因此建议高速铁路无砟轨道基床厚度取5.0m左右.研究结果对其它高速铁路的建设有重要的借鉴作用.