重载铁路路基基床结构动力分析

通过ANSYS有限元软件建立轨道—路基系统三维模型,分析重载铁路路基基床结构在动力荷载作用下的变化规律,为研究重载铁路路基的力学性能提供技术支持.随着基床弹性模量、密度的增大,基床应力累计叠加逐步增大,基床沉降累计变形逐步减小,基床振动幅度不断增大,振动趋势逐渐平缓,抵抗变形能力减弱.     

列车速度对无碴轨道路基动力特性的影响

为了分析列车速度对无碴轨道路基动力影响,采用层状体系理论,结合有限元方法,建立无碴轨道路基层状有限元模型,考虑了列车荷载的不同速度对基床表层振动加速度、竖向动位移、动应力及其横向分布等路基动力特性的影响,研究了无碴轨道路基荷载作用下的力学行为。结果表明:列车速度对基床表层加速度的影响较大,竖向加速度随荷载速度的提高而增大;列车速度对基床表层动位移影响较小,速度每提高20 km.h-1,其值变化不大于0.05 mm;路基表层动应力随列车速度的提高呈现一定的波动趋势。计算结果与实测结果相似,证明了该模型的正确性。     

高速移动荷载作用下无砟轨道路基动位移研究

建立三维有限元CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基-天然地基土非线性数值分析模型,基于轨道随机不平顺条件下计算得到轮轨载荷,通过有限元软件二次开发子程序将轮轨载荷导入有限元模型,路基两端及天然地基土体四周采用等效三维一致粘弹性人工边界模拟工程实际半无限空间体,在此基础上研究分析高速移动荷载作用下路基的动位移分布规律。研究结果表明:文章采用的有限元模型计算得到的路基竖向动位移远小于我国现行高速铁路标准的控制值3.5 mm,满足要求;列车模型为两节动车,中间两组轮对移动产生的动位移叠加,竖向动位移在各结构层中的时程曲线峰值与转向架数目进行对应;沿横向分布,在混凝土底座范围内,路基各结构层竖向动位移幅值沿横向分布变化较小,各结构层横向最大差值仅为0.129 mm;在混凝土底座范围外,路基各结构层竖向动位移幅值横向分布差异较大,横向最大差值均超过0.5 mm;随着深度的增加,竖向动位移在路基中随着深度的增加逐渐衰减,最大值位于基床表层顶面,近似线性衰减;基床表层刚度的变化对系统动力响应影响作用较有限,基床底层刚度的增大对降低路基中的动位移影响作用较显著,有利于行车运行的平稳、舒适及安全,提高列车时速会加大路基的变形位移,地基土刚度的变化对路基中对降低系统动位移的作用最显著。     

无砟轨道抬升路基动力响应分析

为研究无砟轨道高聚物抬板填充注浆后路基整体动力性能的变化,运用有限元分析的方法对采用高聚物注浆抬升后的轨道路基进行动力分析.采用通用有限元软件abaqus与理论相结合的方法,建立无砟轨道路基体有限元模型,通过对比分析高聚物不同材料力学参数下路基的动应力和动位移,明确了高聚物材料注浆对路基动力响应发展规律的影响,分析结果表明:在选用填充材料时应选用填充材料的弹性模量接近或大于基床表层的弹性模量,且不宜低于116 MPa;抬板填充应当在路基发生小沉降时就进行及时的抬升补偿,尽量将抬升量控制在35 mm以内.     

无砟轨道路基基床的动态特性

为了研究路基变形模量及反力系数在弹性领域内的非线性特性,应用无砟轨道路基基床模型和现场试验,分析了在分级静载和分级循环加载条件下,降雨前、后基床的静态、动态特性.研究结果表明:无论是静态响应还是动态响应,在基床横断面方向上均呈马鞍形分布,混凝土基础板轨下位置响应最大,中线处和端部响应较小;在基床表层范围内,动态响应最为强烈,随深度的增加,在基床表层范围内衰减较快,在基床底层范围内衰减较慢;与降雨前相比,降雨后静应力的最大增量为12%左右、动应力的最大增量为3%左右、加速度的最大增量为35%、动位移的最大增量为13%左右,因此应充分重视路基的防排水措施.     

土工格室和土工网加固基床效果静态模型试验

分析了土工格室和土工网加固路基基床的主要机理,介绍了5组不同基床结构的静态原型尺寸模型试验,通过基床结构刚度K30值,应力和变形的测试,验证了土工格室和砂构成的基床垫层在改善基床应力分布,提高基床刚度,减少基床变形等方面的作用,并分析了其随有关因素变化的相关规律,而土工网和砂构成的基床垫层只能十分有限地改善基床的性能,两种材料的试验结果对比表明,与土工网垫层相比,土工格室垫层能够更有效地提高基床以及整个线路结构的刚度和强度。     

复杂采煤区路基变形规律及影响因素分析

分析了山西省煤炭开采现状以及采空区路基变形基本规律,结合有限元数值分析软件,建立不同开采方式下的路基变形与受力分析模型进行分析.结果表明：自重应力和附加应力引起采空区顶板发生变形,影响路基稳定;煤层开采宽度越大,路基在水平和竖直方向位移越大;不均匀沉降引起路基弯曲、倾斜、基应力集中等现象;煤矿的复杂开采方式过程对路基变形影响差异较大,实际工程应当根据具体情况采取相应的支护措施.     

武广客运专线路基压实动态检测

目前,新建铁路客运专线路基压实检测速度较慢,对后续施工影响较大．结合武广客运专线路基压实过程,运用WS-5922数据采集仪和安装在振动压路机振动轮轴上的加速度传感器,实时采集碾压过程中压路机的振动加速度,分析振动压路机振动加速度与路基压实质量力学指标Ev2,K30,Evd之间的关系．研究表明,对B组填料,当振动平均加速度大于3m／s^2时,路基基床底层压实质量符合现行规范的指标要求,据此提出了基于振动压路机振动加速度的动态检测方法．     

高速铁路路基结构空间时变系统耦合动力分析

考虑高速线路的实际工况,建立了包括轨道结构和车辆的路基结构空间时变动力系统分析模型.将线路结构及车辆离散为不同的单元,采用能量原理导出了系统动力方程,进一步建立了系统动力矩阵.作为模型的验证,对连续谐波不平顺条件下系统动力响应进行了分析,得出了车辆走行过程中的车体加速度、动轮载以及基床动应力、基床动变形等动态响应结果.计算结果表明,本文中的计算模型是合理的.     

高速铁路无砟轨道路基结构适应性动力分析

为了解高速铁路轨下基础结构的动力适应性,在系统回顾轨下基础结构分析发展历程的基础上,通过有限元数值积分方法,建立了遂渝线无砟轨道路基模型,分析了列车运行速度、轴重及基床表层弹性模量对基床表层动应力、竖向动位移和竖向加速度等动力响应的影响规律,探讨了无砟轨道在列车轮载作用下的结构行为.研究表明:基床的结构性能直接影响轨下基础的结构状态,有必要加强轨下基础结构;新型轨下基础结构(如沥青混凝土整体道床)可以很好地满足无砟轨道结构和功能的要求,应作为重点研究方向之一.     

高速铁路基结构空间时变系统耦合动力分析

考虑高速线路的实际工况,建立了包括轨道结构和车辆的路基结构空间时变动力系统分析模型。将线路结构及车辆离散为不同的单元,采用能量原理导出了系统动力方程,进一步建立了系统动力矩阵。作为模型的验证,对连续谐波不平顺条件下系统动力响应进行了分析,得出了车辆走行过程中的车体加速度、动轮载以及基床动应力、基床动变形等动态响应结果。计算结果表明,本文中的计算模型是合理的。     

基于动变形控制法的路基回弹模量控制研究

回弹模量作为高速公路路基设计的重要控制指标,在当前设计方法中常采用基于静力特性的控制方法,与实际情况不一致。建立基于路基动力特性的高速公路路基回弹模量控制方法对建设质量高、路用性能好的高速公路具有重大意义,目前该方面的研究相对较少。通过室内试验及有限元模拟对公路路基的动变形特性进行研究,分析路基结构的动变形随荷载作用次数的变化规律,建立路基顶面动变形与路基回弹模量的关系。从动变形角度提出高速公路路基回弹模量的要求,研究结果可为高速公路路基回弹模量的控制标准提供指导。     

水位抬升对高铁路基动力响应与长期沉降的影响

基于Biot理论，建立了轨道-路基-多层饱和土地基耦合系统的2.5维有限元分析模型，提出了考虑实际列车循环荷载作用的路基累积沉降计算方法，分析了水位抬升、列车速度和列车轴重对路基动力响应与长期沉降的影响。研究结果表明：水位抬升对土体振动强度的放大作用并不是局限在水位变化的深度范围内，而是会导致整个路基和地基断面的振动增大，并且这种全断面式的振动放大效应随着列车速度的提高而增强；水位抬升至路基内部时，路基内部会出现显著的超静孔压，最大值达到27.52 kPa,导致有效应力大幅下降，路基内土单元的应力路径向破坏线靠近；当水位仅在地基内抬升时，路基在列车循环荷载作用下的累积变形较小，线路沉降主要来自于地基，当水位抬升至路基内部时，路基累积变形随加载次数的增加发展迅速，100万次加载后变形为19.54 mm,远超容许值，说明路基防水对于线路的长期累积沉降控制具有关键作用；路基和地基的累积变形受列车速度和列车轴重的影响，随着列车轴重的增加而显著增大，并且轴重的增加对路基累积变形的影响相较于地基更强烈，在设计时需要格外关注。     

复合土工膜封闭特殊土路基动态性能模型试验研究

为了分析复合土工膜封闭基床底层特殊土对有砟轨道特殊土路基的保护效果,建立了2组有砟轨道特殊土路基足尺试验模型,研究了在有无复合土工膜封闭特殊土基床底层的条件下,浸水前后有砟轨道特殊土路基试验模型的动态性能.试验结果表明:在同等加载频率和等级条件下,浸水后无布组试验模型振动状态比有布组更剧烈;在未浸水循环动力荷载作用下,当加载次数达到8万次后,有布组和无布组试验模型累积变形均逐渐趋于稳定;在浸水循环动力荷载作用下,无布组累积变形持续增大,而有布组累积变形逐渐趋于稳定,当加载140万次后,无布组基床底层顶面特殊土含水量和地基系数K30值分别增加了41%和降低了39%,有布组基本无变化;采用复合土工膜封闭特殊土基床底层,可有效阻截地表水下渗,防止基床底层特殊土填料浸水软化,使有砟轨道特殊土路基在循环荷载作用下具有良好的长期动力稳定性.     

重载铁路的线路动力学测试及分析 —大秦线万吨列车试验分析

本文介绍并讨论了大秦线钢轨的塑化、侧磨,轮载变化,轨道的横向力与横向位移,轨 道的刚度,轨道的振动,道床及基床的累积下沉,基床的动应力及其沿纵向随轮载的 变动和向深层衰减,车速对动应力的影响和路基的振动特性等。      

基于动态回弹模量的湖区黏土路基临界高度与湿度关系研究

公路路基的设计高度对路基的修建难度、整体使用性能、工程造价都有非常重要的影响。在利用路基动态回弹模量进行有限元计算分析的基础上,以路基在交通荷载作用下不至于变形过大为主要目的,根据动变形控制法,针对湖南省洞庭湖区某高速公路黏土路基高度与湿度的相互关系进行了研究。首先,通过系统的室内动三轴试验,建立了适应压实黏土的动态回弹模量预估模型,通过数据拟合获取了模型参数与含水率、压实度之间的定量关系;同时,根据设计交通等级确定了路基的容许动变形值;最后,建立了路基有限元分析模型,推导了动态回弹模量预估模型的雅克比矩阵,将动态回弹模量有效移植入了路基的本构关系中,进而获取了不同湿度下黏土路基的临界高度,并探讨了轴重、压实度的影响。结果表明:当路基湿度高于wopt+2%时,路基临界高度迅速增大,而且轴重对临界高度的影响也更加显著。为满足路基长期动变形要求,该高速公路黏土路基的高度建议值宜采用wopt+2%且超载40%条件下的路基临界高度。研究结果为湖区黏土路基高度和湿度的合理取值提供了新的思路和方法。     

浅谈高速铁路路基AB组填料的施工质量控制与检测

随东西部铁路建设的快速贯通,高原山区铁路的设计时速不断提高,其铁路建设中路基设计与施工方面的要求也随之提高。路基本体、基床是构成高速铁路路堤重要组成部分,其中铁路基床分为基床表层、基床底层两部分。作为高速铁路轨道的直接基础,基床表层是影响路基建设的重要部分。就铁路路基填料的施工及检测进行统计分析,以供参考。     

软基粉喷桩联合塑料排水板处治模拟分析

为合理确定高速公路改扩建项目软基处治方案，采用有限元数值模拟分析开展研究。对比分析两种方案路基施工期间和工后变形，得出采用全幅塑料排水板处治施工期间旧路基竖向位移和水平位移均较大，且存在横向变形风险，工后竖向位移也较大，因此选用粉喷桩联合塑料排水板方案更为合理，路基稳定性更高。     

基于三维数值模拟的铁路路基动力特性分析

为探讨列车轴重和运行速度对土质路基动力特性的影响,用ANSYS与FLAC3D软件对有砟轨道-路基系统进行了三维动力数值模拟,在模拟过程中,利用滞后阻尼实现了土体在循环动荷载下的非线性特性.用该方法对达成线循环加载试验段的路基进行建模计算,所得路基动应力与现场实测数据有很好的一致性.在荷载振动频率与客车运行速度的转换过程中,取相邻车厢两个转向架的间距为相邻两个动应力波峰之间的距离,在此基础上,探讨了客车运行速度对土质路基动力性质的影响.研究表明:列车轴重和运行速度对路基表面动应力影响较大,随着轴重的增加和速度的提高,路基表面动应力呈马鞍形分布的趋势愈加明显;动应力沿路基深度的衰减规律受车速的影响很小,不同车速下的动应力在基床表层内都衰减了42%~46%,再经过基床底层的扩散,衰减值达79%~82%.      

大轴重条件下重载铁路路基动态测试试验

通过对不同轴重、速度下的编组试验列车进行动态测试,分析了既有线重载铁路基基床动应力、加速度及动位移分别随轴重增加和速度提高的变化规律,为既有线重载铁路路基改能扩建以及病害机理的研究提供了依据。