高速铁路隧道线路底部结构累积疲劳损伤特性分析

利用侧向双轴拉-压疲劳损伤力学模型,建立隧道线路底部结构疲劳寿命分析方法。基于MIDAS GTS NX三维有限元分析平台,以武广高速铁路某双线隧道线路结构为研究对象,建立围岩-隧道衬砌结构-线路底部结构动力相互作用分析模型,研究隧道线路底部结构轨道板、混凝土支承层以及仰拱填充层动力响应特征与疲劳损伤寿命。研究结果表明,高速列车振动荷载在隧道线路底部结构内产生的动应力属于侧向双轴拉-压应力状态;隧道线路普通段底部结构疲劳寿命主要取决于轨道板,其疲劳寿命满足设计使用年限要求,而隧道端部线路底部结构的疲劳寿命则同时取决于轨道板和仰拱填充层,其疲劳寿命均少于60 a,达不到线路设计使用年限要求;隧道端部线路底部结构是隧道使用寿命设计的关键性控制因素。     

列车荷载作用下隧道铺底结构疲劳寿命分析

针对我国既有铁路隧道铺底结构破损严重的现状,在试验研究和数值计算确定隧道铺底结构疲劳危险部位的基础上,采用动力有限元方法计算得到列车动载作用下隧道铺底结构疲劳危险部位的弯拉应力时程曲线,而后根据疲劳累积损伤理论,采用Tepfers的混凝土单对数疲劳方程求出隧道铺底混凝土结构的使用寿命及其损伤度。计算中考虑了10 cm2、0 cm3、0 cm厚素混凝土和20 cm厚钢筋混凝土4种不同的隧道铺底工况,计算结果同模型试验结果的变化规律一致。根据计算结果得出20 cm厚钢筋混凝土铺底结构使用寿命较长的结论。     

列车循环荷载下交叠隧道结构疲劳寿命预测分析

基于南京地铁某双线四孔交叠隧道节点,建立了四孔交叠隧道-土体系统动力计算模型,分析列车循环荷载下隧道结构动力响应,基于Miner线性累积损伤理论与FE-SAFE疲劳寿命计算软件,研究交叠隧道结构疲劳寿命,探讨列车运行速度、交叠隧道净距对交叠隧道疲劳寿命的影响.研究结果表明:四孔交叠隧道具有动力放大效应,疲劳寿命薄弱点为四孔交叠隧道中心处;距离四孔交叠隧道交叠区2倍隧道直径以外的区域动力放大效应明显衰退,对结构疲劳寿命影响已不大,定义为非交叠区;定义疲劳寿命折减系数η为交叠区最短疲劳寿命与非交叠区疲劳寿命的比值,列车行驶速度越低或交叠隧道净距越大,则η越大.     

高铁隧道衬砌缺陷气动荷载影响研究

随着高铁列车运行速度的提高,气动荷载成为隧道结构重要的附加荷载,尤其是素混凝土二次衬砌存在初始缺陷时,气动荷载将对衬砌安全有较大影响。针对素混凝土二次衬砌存在初始裂纹和厚度不足缺陷的情况,分别采用基于断裂力学的数值流形方法和基于荷载-结构模型有限元法,对2种衬砌缺陷在气动荷载作用下的影响开展研究。研究结果表明：隧道素混凝土二次衬砌存在初始缺陷时,气动荷载对缺陷部位的耐久性和长期稳定性有很大影响;隧道衬砌存在裂纹时,在气动荷载作用下,裂纹尖端应力强度因子增大150%以上;衬砌厚度不足时,在气动荷载作用下,缺陷部位拉应力增大54%,衬砌处于“拉-压”循环受力状态。研究结果可为高铁隧道素混凝土结构的长期稳定性及耐久性设计提供参考。     

混凝土在重复荷载作用下疲劳寿命分布的概率方法研究

混凝土在重复荷载作用下的疲劳寿命由于不可避免的随机因素的干挠，具有较大的离散性，因此有必要把概率的方法引入混凝土疲劳寿命的研究中去。本文根据混凝土在疲劳荷载下的损伤机理，提出以应变做为表征其损伤程度的量度。并由疲劳损伤过程与马尔可夫过程的数学相似性，认为可以考虑混凝土的疲劳损伤过程具有马尔可夫性。通过求解FOKKER-PLANCK方程，我出疲劳损伤状态的转移概率密度函数，求出在指定时间下疲劳损伤分布，也可求出在给定的临界损伤后的疲劳寿命分布。经与试验相比较，可知由此方法推出的寿命分布函数较对数正态分布更为接近试验数据，且具有较大的适用范围。该方法在进行铁路桥梁疲劳可靠性分析中是有用的。     

考虑水荷载作用的铁路隧道衬砌结构设计

采用室内模型试验方法,通过改变围岩注浆圈模拟介质的渗透系数,进行10组铁路隧道衬砌结构的水荷载折减系数测试试验,研究水荷载折减系数与注浆圈综合渗透系数的关系。试验结果表明,当围岩注浆圈渗透系数小于10-5cm.s-1时,水荷载折减系数取0~0.3为宜;反之,取值为0.3~1。按考虑水荷载和不考虑水荷载两种受力模式对隧道衬砌结构进行计算分析结果表明,存在较大水荷载作用的隧道衬砌结构设计不宜套用标准图,建议采用钢筋混凝土圆形衬砌结构。     

高速铁路隧道壁面气动荷载研究现状与趋势分析

高速铁路隧道壁面气动荷载是隧道结构破坏的主要诱因之一,了解并掌握其特征对高速铁路隧道结构设计与安全营运具有重要的理论意义与工程价值.通过论述高速铁路隧道壁面气动荷载特征与现场实车测试、动模型试验以及数值仿真模拟三种研究手段的技术现状与未来发展趋势.总结归纳得出:(1)列车驶入隧道前,壁面气动荷载峰值小、持续时间短;列车...     

贵南高速铁路岩溶隧道底板型箱体排水新型衬砌结构研究

本文针对贵南高速铁路隧道工程岩溶发育、分布广、段落长、建设风险高的特点,在总结传统岩溶隧道防排水问题基础上,研究提出了一种适用于复杂岩溶地区的底板型箱体排水新型衬砌结构,可有效降低复杂岩溶地区隧道工程的水害风险.     

高速铁路隧道防水型衬砌的设计

高速铁路隧道防水等级要求为一级:衬砌不渗水、无湿渍。当高速铁路隧道下穿城市市区,采用"V"形纵坡时,为保护环境,减少运营期间的抽排水费用,应采用防水型衬砌。结合新广州站及相关工程项目的金沙洲隧道,对防水型衬砌的设计原则、计算方法和结构防排水设计进行探讨。     

新建高速铁路隧道衬砌结构缺陷成因及整治

针对新建高速铁路隧道内出现的衬砌结构问题,分析缺陷成因,通过人工敲击、第三方检测数据的综合分析,研判出衬砌结构缺陷位置,并采取整治措施,对高铁隧道衬砌缺陷的预防及整治具有一定指导和借鉴意义.     

列车荷载作用下岩溶段连拱隧道基底累积变形研究

研究目的:岩溶的存在会使连拱隧道周围岩土体结构发生变化,以致岩土体强度降低,在列车荷载反复作用下可能导致基底累积变形超限,影响运营安全。针对无碴轨道线路要求,开展隧道溶洞区段处理后基底变形沉降规律研究,避免在长期运营过程中产生较大沉降,影响线路平顺性和无碴轨道板结构,具有重要的现实意义。研究结论:列车单次交汇条件下,隧道支护结构各部位沉降值均小于2 mm,监测点的拉、压应力峰值均小于结构的抗拉、抗压强度设计值,支护结构的位移和变形满足使用要求;列车长期荷载作用下,典型断面基底累积塑性变形小于20 mm,满足相关要求,不会对列车的长期运营造成破坏性影响。     

高速列车气动荷载作用下隧道内配电箱安全性分析

当高速列车通过隧道时,其周围所产生的气压波不可避免地对轨旁电力附属设施造成气动冲击影响。配电箱作为一种隧道内广泛分布的轨旁电力附属设施,在气动荷载作用下,其锚固安全性会受到一定影响。以配电箱为研究对象,利用Abaqus与Fluent进行联合仿真分析其结构安全性。利用流体力学计算软件Fluent,建立空气-高速列车-隧道三维CFD数值计算模型,得到了气动荷载时程曲线;基于Abaqus有限元计算软件,建立配电箱-锚栓-隧道结构的三维精细化有限元模型,研究气动-地层荷载联合作用下配电箱、锚栓与衬砌的动力响应特性以及高速铁路隧道轨旁配电箱的破坏模式与影响因素。研究结果表明：在气动-地层荷载联合作用下,相对于配电箱以及锚栓本身,锚栓安装基座的衬砌表层混凝土最容易发生破坏;混凝土的破坏形状呈现以锚栓中心为轴线的表层椎体分布特征,混凝土潜在破坏模式为渐进式剥离破坏与黏结破坏;混凝土内拉应力与锚栓直径呈现明显的负相关性,为避免因混凝土破坏而造成配电箱脱落等安全事故,可适当提高锚栓直径。     

基底富水条件下隧道铺底结构疲劳寿命的试验研究

采用Cl=2的相似模型在PMS-500型疲劳试验机上进行铁路隧道铺底结构在基底富水条件下的疲劳破坏试验.重点分析铺底结构的静、动应力分布特征,裂纹出现时间,裂纹扩展情况以及结构的破坏形态,通过换算得到各铺底结构在列车荷载作用下的疲劳寿命.试验结果表明:铺底结构主要是在钢轨正下方沿线路发生纵裂破损的,铺底结构与基岩之间的砂浆流失严重,出现明显的凹槽;地下(积)水不仅明显降低铺底结构与基岩间的粘结力,而且在列车快速加载卸载下反复加压、退压,使铺底结构处于交变的拉压受力状态;在基底富水条件下,隧道铺底结构的使用寿命较无水条件下明显降低,因此在施工中采取合理的防排水措施确保基底干燥是预防或减少隧道铺底病害发生的关键.     

隧道火灾后衬砌损伤特级的模糊评判方法控制

本文在对隧道衬砌材料与构件进行火损试验和检测的有关试验成果基础上，探讨了用模糊理论来评定隧道火灾后实砌损伤等级的划分方法，并对几种不同温度量级和烧蚀恒温时间条件下衬砌的受损程度进行了综合评判。     

山岭隧道预制拼装二次衬砌结构设计及计算方法研究

为探索地铁双线山岭隧道中采用预制拼装二次衬砌结构的技术可行性,首先,提出地铁双线山岭隧道结构设计方案,其中二次衬砌采用预制拼装及错缝拼装形式;然后,研究结构内力计算方法,推荐采用荷载-结构法,并采用梁-弹簧模型来模拟预制拼装二次衬砌结构内的接头力学行为,并推荐采用5环梁-弹簧整体分析模型。结构配筋分析结果显示,在3种围岩条件下,30cm厚度预制拼装二衬结构的配筋均在合理范围之内,可实现一套模具适应不同地层情况的效果。     

高速铁路振动荷载作用下的土体动力响应及对下穿地铁隧道的影响分析

利用动力响应分析原理,通过有限元分析程序模拟某高速铁路现场条件,得出结构体的位移、速度及加速度时程曲线.通过对特征点的位移、速度及加速度的变化情况分析,评价在该高速铁路路基下修建下穿地铁隧道的可行性,得出下穿地铁隧道对该高速铁路后期运营的影响不大,可以满足各项指标要求;其主要的风险是施工期间的工程安全.     

列车荷载作用下平行钢丝拉索疲劳寿命评估

为研究列车荷载下平行钢丝拉索疲劳寿命,利用斜拉索内平行钢丝的疲劳寿命模型,基于Miner线性疲劳累积损伤准则推导了平行钢丝拉索任意一根钢丝疲劳破坏所经历的循环次数,采用Monte-Carlo方法模拟斜拉桥疲劳寿命的概率分布。以一座现役大跨径斜拉桥为背景工程,分别建立了有91根钢丝的普通拉索疲劳寿命模型和有109根钢丝的加强拉索疲劳寿命模型,研究了钢丝根数对拉索疲劳寿命的影响,计算了铁路荷载作用下该斜拉桥拉索寿命。结果表明:在10%的断丝率下,普通斜拉索和加强斜拉索疲劳寿命均服从正态分布且均值基本相同,普通斜拉索方差要大于加强斜拉索。两种斜拉索在仅考虑列车荷载作用下的疲劳寿命均远大于其设计寿命。     

隧道衬砌水压力荷载及内力研究

通过轴对称解析计算和有限元数值计算隧道在不同衬砌渗透系数、不同注浆圈厚度、不同衬砌厚度条件下,衬砌背后的水压力、流量及衬砌内力,分析影响水压力的因素和水压力对衬砌内力的影响,轴对称解析计算和有限元数值计算结果显示水压力和流量十分接近。衬砌不透水时,水压力荷载系数不折减;在控制排水的条件下,调整衬砌渗透系数、注浆半径和衬砌厚度可以改变水压力、流量和衬砌内力。设计时正算水荷载,施工时通过监测流量反算水荷载,对水荷载设计进行检验和修正。     

软土隧道衬砌结构的可靠性设计方法

以可靠度理论为基础,对软土隧道预制混凝土管片衬砌结构的可靠性设计方法进行了初步探索,包括：软土隧道预制混凝土管片衬砌结构的失效模式与极限状态方程,土性参数、混凝土的力学性质、荷载效应等随机变量的统计分析,可靠度指标与分项系数的计算,以分项系数表示的设计表达式的提出等,以期对软土隧道的设计进入概率极限状态设计阶段起到抛砖引玉的作用。     

盾构隧道衬砌结构计算模型探讨

研究目的:目前被工程界广泛采用的隧道拱底为压缩弹簧形式的衬砌结构计算模型,缺少相应的理论支撑,得到隧道拱底处相对较小的衬砌内力,以及隧道拱底的沉降变形趋势,与实际情况不符,且可能导致拱底处衬砌结构安全系数偏低。为了进一步加强衬砌结构设计的准确性与可靠性,对不同的衬砌结构计算模型展开对比分析,指出该模型被广泛采用的根本原因,并提出合理的计算模型。研究结论:(1)隧道拱底的地基反力形式与拱底位移趋势密切相关,当拱底呈隆起变形时,地基反力仅由反作用力组成,当拱底呈压缩变形时,地基反力由反作用力与地基压缩抗力两部分组成;(2)对于盾构法隧道,应采用拱底为反作用力形式的衬砌结构计算模型,该模型能准确地反映衬砌的受力特点与位移趋势,可以有效克服隧道拱底处安全系数不足的隐患;(3)提出了基于拱底地层位移趋势的拱底作用力形式以及相应的荷载-结构计算模型;(4)研究成果可用于盾构法隧道、矿山法隧道、明挖或暗挖的地铁车站等地下工程。