循环荷载作用下道砟破碎老化的离散元仿真

为从细观力学上反映道砟与轨枕的相互作用机理以及道砟颗粒的破裂过程,建立了道砟-轨枕离散单元模型,对循环荷载作用下道砟破碎老化进行了仿真.道砟由不规则圆盘簇组成,分为不可破裂与可破裂颗粒,并施加单调荷载和循环荷载.结果表明:相同荷载下,加载时轨枕与道砟的接触力大于卸载时;破碎道砟颗粒集中在轨枕下方,道砟颗粒破裂产生的沉降是造成轨枕沉降的主要原因,沉降量随道砟颗粒强度的降低而增大.     

基于离散元方法的道床捣固及吹砟维护机理

为从细观上研究捣固和吹砟的维护机理,建立了离散元道砟箱数值模型,并耦合多体动力学的捣固镐模型和计算流体力学的吹砟管模型,对捣固与吹砟的作业全过程进行可视化模拟,基于离散元耦合数值模拟,对比分析了2种道床维护方法对道床扰动及作业后轨枕沉降.结果表明：吹砟作业各阶段对道床的扰动和道砟平均接触力均小于捣固,且扰动主要集中在下插阶段,吹砟作业过程中道砟颗粒速度峰值和接触应力峰值仅为捣固的37.5%和38.9%;捣固后,轨枕底部区域密实度提高了约13.6%,轨枕间上部和下部区域密实度分别降低了约21.0%和提高了约4.8%;吹砟后,轨枕底部区域密实度提高了约6.5%,轨枕间上部和下部区域密实度几乎无变化;在轨枕底部吹入碎石,吹砟作业极大地改善了轨枕底的接触状态和应力扩散,轨枕与道砟颗粒接触数增加了约243%,荷载传递更均匀;1 000次循环加载后,吹砟作业后的轨枕沉降相较捣固和未维护工况分别减少了约18.1%和44.4%.     

道床断面尺寸对道床横向阻力的影响

为揭示道床横向阻力变化特征,采用离散元法,建立了高速铁路有砟道床-轨枕三维模型,研究了道床边坡坡度、顶面宽度、道床厚度和砟肩堆高等道床断面尺寸对其横向阻力的影响,分析了枕底、枕侧和砟肩阻力及其分担的横向阻力比例.结果表明:坡度为 1:1.50~1:1.85时,横向阻力为10.315~16.475 kN,坡度为 1:1.65及更缓能满足横向阻力超过12 kN/枕的要求.顶面宽度为3.0~3.8 m时,横向阻力为10.205~15.715 kN,顶面宽度为3.4 m及以上能满足横向阻力超过12 kN/枕的要求.随边坡变缓或顶面宽度增大,砟肩道砟增多,砟肩阻力显著增大.道床厚度为200~400 mm时,横向阻力为9.156~15.684 kN;横向推动轨枕时,道床从上向下分层拖动;随道床厚度增大,枕底阻力明显增大,道床厚度为300 mm及以上能满足横向阻力超过12 kN/枕的要求.砟肩堆高为0~180 mm时,砟肩阻力为2.010~5.203 kN,横向阻力为9.526~15.257 kN,砟肩堆高对砟肩阻力影响很大,堆高120 mm及以上能满足横向阻力超过12 kN/枕的要求.      

土工格栅加筋铁路道床在循环荷载下的性能评估

鉴于土工格栅是稳定道床的低成本解决方案,使用改进过程模拟试验(MPST)设备在20Hz的加载频率下对加筋道床进行大规模循环试验。试验结果表明,土工格栅能有效抑制道床的横向扩展,减少永久竖向沉降程度并最大限度减少颗粒破碎。轨道性能受到道床-土工格栅界面处剪切特性的影响,横向和竖向变形程度随着道床-土工格栅界面处剪切强度的增加而减小。土工格栅有助于减少因轨枕-道床接触应力沿轨道长度的差异引起的不同轨道沉降,其效果在竖向应力分别为230 kPa和460 kPa时相同。试验结果证明了土工格栅在稳定道床方面的作用,可推动其在铁路上的应用。     

铁路道床截面形状优化分析

道床是轨道结构的重要组成部分，道床截面的几何形状通常是由设计规范确定的，设计 对道床截面几何形状规定的取值是根据经验或半经验制定的，缺乏理论依据，本文应用优化理论，借助有限元分析方法，并考虑道碴材料的非一性质，建立了铁路道床形状优化分析模型，运用模型，文章分析了不同机车、没道碴材料，不同路基条件下的道床厚度及边坡比。     

基于离散单元法的铁路板结道床动力特性分析

为研究铁路有砟道床板结对其自身动力特性的影响,利用离散单元法并考虑道砟颗粒的真实外形建立了板结道床的仿真分析模型,分析了脏污板结及板结程度对有砟道床动态响应的影响,并探讨了板结引起道床弹性损失、刚度变大的细观机理. 研究结果表明:道床板结会增大道床中道砟颗粒的振动水平,并且板结越严重影响越明显,板结可将道砟颗粒的振动加速度增大20%～30%;板结会加强列车荷载对道床的冲击作用,增大道砟颗粒之间的接触力容易引起道砟颗粒破碎劣化;板结会放大不同位置处道床工作性能的差异,增大道床刚度的不均匀性;道砟颗粒之间的脏污板结材质会抑制道砟颗粒的相对移动,可将道砟颗粒的滑动分数降低至正常的50%左右,减小列车荷载作用下道床整体的宏观变形,从而呈现出刚度增大的特性.      

风沙区铁路有碴道床动力特性的离散元模拟及参数优化设计

项目类型：青年科学基金项目 项目编号：50808027 项目摘要：针对风沙环境下铁路有碴道床在列车往复荷载下的非均匀沉降、弹性降低和拱道现象,采用离散元方法对沙粒一道碴混合颗粒系统的动力特性进行数值模拟,并依此进行道床设计的参数优化．为此,本申请项目将针对道碴颗粒的非规则形态和受压破碎特性,考虑颗粒间滑动与滚动摩擦的共同影响,     

铁路碎石道砟静态压碎行为数值模拟

为揭示碎石道砟静态受压力学行为与破碎机理,用激光扫描仪获得道砟的真实几何形态,采用球形单元构建了道砟的离散元模型;通过定义单元间接触与黏结行为,模拟了30~60 mm粒径道砟的静态压碎过程,分析了压碎过程中载荷-位移响应以及内部力链和黏结断裂的分布与演化.结果表明:道砟静态压碎特征强度的离散性大且服从Weibull分布,这与已有试验结果一致;初始加载时,尖锐棱角和表面不平整导致道砟表面接触点应力集中与局部压碎,引起道砟翻转及接触状态变化,内部力链分布随之变化,载荷出现短暂回落;道砟稳定弹性变形阶段,部分单元间的接触力随载荷增大逐渐超过黏接强度,出现黏结断裂和局部微裂纹;当黏结断裂数量急剧增加到一定规模时,内部裂纹快速扩展,道砟最终劈裂破碎.      

铁路碎石道床静刚度的试验研究

针对不同材质、不同厚度、不同密度、一定脏污程度的道床做了动、静载试验,总结了静刚度试验结果。主要内容包括：静刚度试验的理论基础、测试方法、静赐度的表达方式、测试数据的处理等,并提出了适用于处于正常稳定状态下的道床静刚度值。     

关于铁路石渣道床化学灌浆减振技术的研究

本文报告在铁路碎石道碴中进行化学灌浆，以便减少列车运行时引起地基动对周转环境影响的技术开发成果。其中包括材料参数的测定，现场试验施工及测试结果和振动特性及减振机理分析。     

铁路载荷对土质边坡的扰动

利用LUSAS有限元计算程序对动载荷下铁路整体结构的本征值进行了分析, 得出结构的固有振动频率和时程曲线。参照本征值的分析结果, 结合某铁路干线土质边坡的工程实例, 利用有限差分的数值分析方法, 对列车动载荷下, 对周围土质边坡的扰动情况进行了分析。结果表明, 作用于坡底的铁路载荷对边坡的扰动区域集中在轨道中心3m以内, 随着动载时间的增加, 扰动区域会逐渐扩大。     

循环荷载下重塑黄土变形特性

为研究主应力方向和大小耦合变化对土体应力-应变状态及非共轴性的影响, 采用空心圆柱扭剪仪对饱和重塑黄土开展一系列循环扭剪试验, 分析了应力-应变状态和非共轴角的变化规律及影响因素。试验结果表明: 轴向应变始终处于压缩状态, 环向应变先负向累积再正向累积, 径向应变基本处于受拉状态, 剪切应变的受拉与受压状态交替出现, 轴向、环向和剪切应变曲线的波动特性明显, 而径向应变曲线的波动特性弱, 说明循环荷载作用下各应变分量表现出不同的发展规律; 轴向和径向应变及环向和剪切应变变化幅值随中主应力系数的增大先增大后减小, 说明中主应力系数影响各应变分量的累积; 随着主应力方向角旋转范围的增大, 轴向和径向应变逐渐减小, 环向应变由负向往正向变化的趋势提前, 剪切应变变化幅值逐渐减小, 说明主应力方向角旋转范围影响各应变分量的发展趋势; 剪切和正偏应力-应变曲线滞回现象明显, 且刚度发生循环强化, 但剪切刚度的循环强化比正偏刚度更明显, 说明土体出现次生各向异性, 这是引起非共轴现象的内在因素; 非共轴角变化曲线随中主应力系数的增大先下移后上移, 随循环次数的增大而逐渐上移, 随偏应力幅值的增大其变化范围增大。可见, 循环荷载下中主应力系数、循环次数和偏应力幅值可显著影响饱和重塑黄土的应力-应变状态及非共轴性, 在黄土工程设计和本构关系研究中应加以考虑。     

反复荷载作用下级配砂砾石基层的力学性能分析

根据三轴试验及抗压强度试验所得的数据和试验后试样破坏情况,分析了级配砂砾石在反复荷载作用下的变形特性,并从能量势的角度提出砂砾石基层的塑性变形可分为永久变形和似弹性变形,这一分析对考虑基层的变形有很大意义.     

铰接式货车车体底架有限元分析

建立了铰接式货车平车底架的有限元计算模型 ,对该底架进行了静强度、刚度、固有频率及振型计算 ,针对铰接式货车底架刚度弱的特点 ,提出了方案修改建议 ,对铰接部位采用不同结构形式进行了详细对比分析     

铁道车辆转向架构架多轴疲劳强度有限元分析方法

铁道车辆转向架构架在服役过程中承受复杂的多轴疲劳载荷,为构架结构的设计和分析带来困难.本文以某车辆转向架构架为研究对象,为获得构架在复杂多轴载荷作用状态下的应力分布状态,分别建立构架板壳有限元模型和实体有限元模型,并参照UIC 615-4、TB/T 2368-2005和TB/T1335-1996标准,确定计算工况,对该转向架构架强度进行分析计算,并根据ORE B12/RP17提供的钢材Goodman疲劳曲线图,编写后处理程序对构架进行疲劳强度评估.结果表明：两种有限元模型计算分析结果趋于一致;构架结构的应力分布状态呈现面内应力分布占优的状态;采用最大主应力对其进行疲劳强度评估是合理的;两种建模方法获得的构架静强度、疲劳强度评估结果的一致性说明：采用板壳模型代替实体模型对构架进行有限元强度分析是可行合理的,可节省计算资源.     

铁路桥梁的地震易损性分析

近年来我国发生的大地震,尤其是5·12汶川地震表明,铁路桥梁作为交通系统中的枢纽结构,在地震中极易受损.多跨连续钢筋混凝土桥是铁路桥梁中常见的结构形式.故采用国家强震动台网中心提供的汶川地震强震波和NGA强震数据库提供的地震波,以位移延性比为破坏指标,应用结构分析软件SAP2000,分别对多跨连续钢筋混凝土铁路桥进行非线性时程分析,并对其结果进行回归,得出以PGA（Peak Ground Acceleration）为自变量,结构超过某一特定损坏状态的概率为因变量的地震易损性曲线;最后分析了该类铁路桥在地震作用下的地震易损性.     

A two-step approach to progressive collapse analysis of building structures under blast loading

Structural collapse under blast loads is a very complex process. For several decades, the engineering profession has considered some approaches to analyze the essential physics of collapse phenomena. Recently, the interest in this topic has risen to an apex since the collapse of the World Trade Center towers. A two-step analysis approach to capture the characteristics of structural collapse during explosions is proposed. A numerical example is presented to illustrate the performance of the presented approach.     

轨道综合作业对高速铁路有砟轨道几何不平顺改善效果

根据高速铁路有砟轨道综合作业前后的轨道几何状态检测数据, 分析了以大机作业、人工精调和钢轨打磨为主的综合作业对高速铁路有砟轨道几何不平顺的改善情况。分析结果表明: 大机作业、人工精调和钢轨打磨的综合作业可联合改善轨道几何不平顺, 其中, 大机作业对高低、水平、三角坑不平顺的改善率分别为20.95%、12.90%和13.16%, 人工精调对高低、水平、三角坑和轨距不平顺的改善率分别为11.97%、5.56%、7.43%和6.12%, 钢轨打磨对高低和轨向不平顺的改善率分别为4.85%和3.88%, 轨道质量指数在大机作业、人工精调、钢轨打磨后的改善率分别为11.54%、6.91%和1.10%, 因此, 大机作业和人工精调对各个单项不平顺改善效果明显, 大机作业的贡献最大, 而人工精调可在一定程度上改善轨距不平顺, 钢轨打磨对高低不平顺和轨向不平顺进一步改善, 但对水平不平顺、轨距不平顺和三角坑不平顺等改善效果不明显; 经过综合作业, 单项不平顺与轨道质量指数均呈下降趋势, 其中轨道质量指数、高低不平顺、水平不平顺、右轨向不平顺近似呈幂函数趋势降低, 左轨向不平顺近似呈线性函数趋势降低, 三角坑不平顺近似呈对数函数趋势降低, 反映了大机作业对轨道几何状态改善程度高, 人工精调、钢轨打磨进一步改善部分单项不平顺的情况。     

Bond behavior of corroded reinforcement in concrete wrapped with carbon fiber reinforced polymer under cyclic loading

Bond behavior of corroded reinforcement in concrete wrapped with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) under cyclic loading is experimentally investigated. An electrolyte corrosion technique is used to accelerate the corrosion of the steel bar in cylindrical concrete specimens. Wrapped specimens are strengthened with one layer of CFRP after the reinforcements are corroded. The experimental parameters investigated include: corrosion level, CFRP wrapped and number of loading cycles. Test results indicate that bond strength and area of hysteretic curve of CFRP wrapped specimens are larger than those of the unwrapped specimens. With increasing the number of loading cycles, the bond strength and area of hysteretic curve decrease gradually, especially at the 1st cyclic loading. The CFRP wrapping reduces the bond degradation rate effectively and prevents the bond-splitting failure of the corroded concrete specimens.     

基于AHP评价铁路货物运输装载加固方案

铁路货物装载加固与运输安全关系密切,是列车运行安全和货物安全的重要环节。以层次分析法为基础,分析影响铁路货物装载加固的因素,建立评估方案的模型。并通过实例说明利用层次分析法评估铁路货物装载方案的科学性和合理性。