交通荷载下地下综合管廊力学特性和变形研究

依托雄安容西片区综合管廊项目,根据现场实测数据,研究了机动车移动荷载在地基中的传递规律。通过有限元软件建立了机车移动荷载-土体-管廊的数值模型,研究了管廊跨度、埋深、地质条件、断面舱数以及行车荷载等因素对综合管廊的受力特性和变形的影响。结果表明：综合管廊横向和竖向的拱顶振动速度峰值大于侧墙位置处;增大跨度和管廊舱数均会导致综合管廊拱顶的竖向振动速度峰值和变化幅度增大;单舱管廊下侧墙应力主要为压应力,三舱管廊侧墙则主要受到拉应力;管廊埋深越大,行车荷载对管廊的影响越小;增大埋深将导致管廊拱顶和侧墙的主应力增加;改变车速不会对管廊拱顶压应力变化趋势和峰值产生过大的影响,但会改变峰值出现时刻。     

动荷载作用下高温冻土路基动力响应的模拟试验研究

高温冻土地区铁路路基,由于列车动荷载对土体产生扰动而影响其稳定性。通过分析影响冻土路基应力、变形及温度场等主要因素,建立冻土路基模拟试验装置;在路基内部及周围地表布设压力和变形传感器,并用自行设计列车动荷载加载装置对路基施加模拟荷载,进行冻土路基动力响应模拟试验。试验获得不同动荷载频率作用下路基周围地表变形以及内部土压力的变化规律。试验结果表明:动荷载频率对地表竖向位移及路基土压力的影响均存在一个临界值,采用适当的列车行驶速度可减小对冻土路基的挠动;路基内部温度场监测结果表明,动荷载可引起土体局部温升,建议采用积极的防护措施以保护路基的冻结状态。研究成果可为维护青藏铁路路基稳定提供参考。     

爆炸荷载作用下交叉式人防隧道动力响应研究

对于位于地下空间的人防结构,其安全问题至关重要。当地面发生巨大爆炸时,产生的冲击波势必会对地下结构产生一定影响。为研究地下人防结构在爆炸荷载作用下的动力响应,依托某地下人防工程,借助ANSYS/LS-DYNA软件,对地下交叉式人防隧道在土中爆炸冲击荷载下的响应进行数值模拟,分析冲击波在土中的传播规律及人防结构位移、应力等力学响应,以期为地下人防工程爆破施工与安全防护提供参考。结果表明：爆炸荷载作用下,拱顶位置最早出现振动响应,在结构同一断面拱顶振速曲线峰值明显高于拱腰振速曲线峰值,边墙次之,拱脚处最低;随爆心距增大,衬砌结构振速峰值与最大拉压应力均随之减少,且拱顶部位最易受顶部爆炸荷载作用影响,在实际设计与施工中应予以重视。     

列车荷载作用下周围物体的动力响应解

以Duhamel积分为基础,首先应用动力互等定理,得到了移动荷载作用下,半无限大弹性连续介质空间上任意点的动力响应的广义Duhamel积分表达式;然后将列车荷载简化考虑为一系列具有一定间距的集中荷载,采用Floquet变换、Fourier变换等方法,得到了一个集中移动荷载作用下任意拾振点ξ的动力响应在频域和频率 波数域内的表达式,进而由叠加原理得到列车荷载作用下的动力响应解;最后,通过算例说明该算法的适用性。     

列车荷载下桩-土复合地基动力响应研究进展

研究目的:桩-土复合地基在列车荷载下会产生动力作用,甚至造成强度失效或整体变形破坏,严重威胁列车运行安全。因此,亟需开展列车荷载下桩-土复合地基动力特性的研究,对有效提高铁路路基的稳定性、保证高速列车的行驶安全具有重要意义。本文通过分析桩-土复合地基的加固机理及破坏模式,总结国内外关于桩-土复合地基在不同动荷载下的动力响应研究现状以及几种常用的不同桩型复合地基在列车荷载下的动力响应规律,并在此基础上指出目前的研究不足和提出未来需要重点关注的研究问题。研究结论:(1)尽管不同动荷载作用下桩-土复合地基的动力响应呈现了不同的特征,但在动荷载下桩体响应都大于土体响应,这与桩-土复合地基的作用机理吻合,不管在静载或动载下桩体承担了大部分荷载,因此对桩-土复合地基动力响应的研究应重点分析桩体的响应,但同时也不能忽略桩间土的影响;(2)桩体材料、桩体形状、桩帽、褥垫层厚度、复合土体模量等因素都会影响复合地基的动力特性,列车荷载下桩-土复合地基的动力响应特性还与列车的车速、列车载重、循环次数等有关,且普遍认为刚性桩复合地基具有良好的抗震性能,碎石或砂砾垫层表现出良好的隔震作用;(3)列车荷载下不同桩...     

汽车荷载作用下沥青路面公路动力响应数值模拟

运用ANSYS软件建立沥青路面与路基三维动力分析模型,采用双频率正弦波动荷载模拟车辆动荷载,分析了三轴六轮组的东风重型货车在车速为72 km/h时,满载和超载80%两种工况下路面和路基动力响应。计算结果表明:轮距中心左右各2 m的范围内,面层结构横向应力分布呈双峰状,轮迹处最大,然后向两边衰减;且随着深度增加,应力逐渐由压应力转化为拉应力,拉应力在面层下56 cm处达到最大;竖向动应力在路基内随着深度的增加逐渐减小,沿横向在路基表面呈马鞍状分布,且随着深度增加逐渐变为单峰分布;满载及超载80%时动荷载影响深度分别为2.2m和2.6 m,影响宽度分别为4m和6.5 m。     

双向聚能非均布荷载作用下浅埋隧道动力响应

通过解析方法研究爆炸荷载下动力响应问题.模型假定在半空间弹性土体中衬砌隧道中心处发生爆炸,荷载简化为双向聚能的非均布瞬态周期荷载并作用在隧道边界上,根据弹性动力学理论和Hamilton壳体理论得到围岩运动方程和衬砌运动方程,通过Laplace变换、波函数展开法和Graf坐标变换法,得到频域下爆炸荷载作用下隧道衬砌及围岩位移和应力响应表达式.利用Laplace数值逆变换得到时域响应半解析解,分析隧道在不同位置、埋深、衬砌厚度和荷载集度的波动特性.数值计算结果表明:隧道顶部和底部响应的方向相反,不同位置处响应趋势都趋于一致,随时间推移,响应逐渐衰弱;随着隧道埋深的增加位移场响应幅值先增强后减弱,在应力场中,隧道侧向响应幅值变化较小,而在隧道顶部和底部产生的幅值变化较大;衬砌厚度增加,隧道周身响应随之减小,并且厚度增加对隧道顶部和底部响应幅值影响较大;当荷载集度增加隧道顶部和底部附近出现较大的环向位移,顶部径向位移增大底部减小,应力响应在隧道顶部衰减,环向应力响应在底部增强.     

循环荷载作用下浅埋坎儿井地基的稳定性研究

坎儿井是中西亚及我国新疆地区的特色地下水利工程结构。随着“一带一路”倡议的提出,在上述地区修建高速铁路不可避免地会遇到与坎儿井交汇问题。低矮路堤下隐伏浅埋的坎儿井暗渠可能会在高速列车荷载作用下塌陷,进而影响上部地基和路基的稳定。通过模型试验研究循环荷载作用下的浅埋坎儿井地基稳定性,探讨了暗渠埋深对地基土压力演变规律的影响,并结合PIV技术分析了地基土体的压缩变形特征及潜在破坏面。研究结果表明：1)随循环荷载增大,暗渠上方的土压力沿地表深度增加由先增后减的演化规律转变为持续减小,且最终均小于水平两侧的土压力;2)随着暗渠埋深增加,地基结构所能承受的最大循环荷载频率增加,在暗渠未完全塌陷时的地表沉降减小,但暗渠完全塌陷后的地表累计沉降也随之增大;不同暗渠埋深地基开始出现较大地表沉降变形的临界循环荷载频率均为5～10 Hz;3)上覆荷载作用下,浅埋暗渠地基土体的高变形区域随暗渠埋深的增加由“倒锥型”转变为“漏斗型”,潜在滑动破坏面在暗渠埋深达到7.5D(D为暗渠直径)后仅发展至暗渠上方;在暗渠埋深5.5D至7.5D之间存在循环荷载作用效果转折的临界点。试验结果为探讨坎儿井地区高速铁路地基的稳...     

列车荷载作用下中低速磁浮轨道动力响应试验研究

参考高铁及城市轨道交通的相关试验方法,测试了中低速磁浮轨道结构在列车荷载作用下的动力响应,获得了轨排结构在列车以不同速度通过时的位移、加速度和应变。结果表明：轨排结构各测点的动力响应值随运行速度的增加呈增长趋势;由于F型导轨的悬臂结构,F型导轨的动力响应值最大,H型钢轨枕次之,承轨梁顶面处最小;列车荷载对轨排结构的动力特性有着明显影响,定员荷载作用下的轨排响应值大于空车;桥梁与轨排构成一个振动体,受梁体振动的影响,简支梁的响应值大于连续梁。     

CRTS Ⅰ型板式轨道在地震荷载作用下的动力响应

借助有限元软件ANSYS,建立了板式轨道、路基的三维有限元模型,并结合遂渝线CRTS Ⅰ型板式轨道进行地震荷载时程分析,模拟地震荷载作用下板式轨道结构中轨道板、底座板、CA砂浆和圆形凸台的动应力、动位移的响应.结果表明,在地震荷载作用下,轨道结构横向应力和纵横向位移响应随烈度增加1度而增加1倍;竖向应力响应由于受初始应力影响,压应力较大,总体来说,轨道结构各向最大动应力较小,不会使轨道结构破坏;轨道结构横向位移响应大于竖向位移响应,轨道结构位移响应对轨道几何形位有一定影响,建议地震后对列车行驶速度限制;在路基稳定的情况下,板式轨道结构本身的变形和受力很小,不是导致轨道结构破坏或变形的原因.     

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.     

简谐环形荷载作用下饱和土体中圆形衬砌隧洞的动力响应研究

基于Biot理论,研究了带有衬砌的圆形隧洞在法向简谐集中环形荷载作用下的动力响应。假定衬砌为弹性体,土体为饱和多孔介质,结合边界条件及连续条件,通过傅立叶变换得到波数域中衬砌和土体的应力、位移和孔隙水压力幅值解答,最后用傅立叶逆变换得到动力响应幅值的数值解。与不考虑衬砌的隧洞动力响应相比,数值分析的结果说明衬砌对动力响应有较大影响。     

基于Flac的交通荷载作用下路堑边坡动力响应分析

基于Flac数值模拟软件,研究了公路荷载作用下路堑边坡动力响应问题,取得了路堑边坡在公路交通荷载作用下位移及速度响应规律。结果表明:公路荷载作用下位移响应最大位置均发生在坡脚,坡体的水平向位移响应不容忽视。由于竖向加载缘故,垂直速度峰值大于水平速度峰值。     

风荷载作用下大跨度桥梁的动力响应及行车安全性分析

根据桥梁结构动力学、车辆动力学、轮轨相互作用以及结构风振的基本原理，研究风、列车、桥梁构成的动力相互作用系统的振动机理。结合实桥的动力研究，建立风荷载作用下的列车和大跨度桥梁系统动力相互作用分析模型，研究桥梁在脉动风荷载和列车荷载同时作用下的振动特性，以及桥上列车受风荷载作用下运行的安全性和平稳性，从而得出风速、车速、桥型等多种因素对风-车-桥动力系统振动特性等影响的研究结论。主要研究内容如下。     

实测随机行车荷载下结构动力响应在桥梁评定中的应用研究

分析通行桥梁的随机行车车辆荷载特性,研究连续梁桥在随机行车荷载下桥梁动力响应,即振动加速度时程、振动位移时程、应变时程等及其最值与振动幅值。分析动力测点的布置方法以及相应仪器设备的选用。将桥梁动力测试结果用于桥梁性能评定,根据实测动力响应的各类量值来分析桥梁结构的动力受力性能。在性能评定中采用假设检验理论,根据相距一段时间前后2次的测试结果的对比分析用于评判桥梁结构是否发生损伤以及损伤的程度。并以广东佛开高速九江大桥为工程背景,介绍该桥在与之十分邻近且有临时构件连接的国道325九江大桥被船撞垮塌前后的2次动力测试结果,以及动力测试结果在桥梁评定中的具体应用。     

浅埋隧道荷载的试验研究

通过模型试验对浅埋隧道荷载的现行计算公式进行了验证、补充和完善，对变量的统计特征进行了数理统计分析，从而为衬砌结构的可靠度设计准备了条件。     

浅埋饱和土任意形状隧道动力响应研究

研究目的:我国东部沿海地区的隧道围岩富含水分,地震波的破坏作用将对隧道的安全施工及运营构成极大威胁。目前隧道的横断面形状设计复杂多变,分析研究饱和土介质中任意形状隧道的波动响应,对于这些地区隧道结构的安全抗震设计及施工起着重要指导价值。本文通过解析求解方法,基于Biot饱和多孔介质动力学理论,利用共形映射和波函数展开方法,首先建立浅埋任意形状隧道的平面波散射解析解,在通过验证表明模型及计算过程正确有效后,以某一公路两车道隧道为模型,研究入射波数、围岩介质孔隙率、泊松比等参数对隧道动力响应的影响规律。研究结论:(1)入射波数对隧道的动应力集中有显著影响,低波数下隧道的动应力响应显著大于高波数情况,且相比之下,高波数下的动应力响应分布形态更为复杂;(2)围岩介质的孔隙率对隧道孔压动力响应影响不大,不同孔隙率下隧道的孔压动力响应分布规律基本保持一致,但在较高孔隙率的情况下,边墙处的孔压动力集中系数较大,因此设计和施工过程中应当考虑边墙处围岩的加固处理;(3)泊松比对隧道孔压动力响应的影响较为显著,泊松比增加不仅影响隧道孔压响应分布规律,还影响响应的幅值大小,可能导致拱顶、拱底、拱肩、拱脚等部...     

列车荷载作用下板式轨道与饱和地基动力分析

研究目的:近年来随着我国大量高速铁路的建成及投入运营,列车高速运行对周边环境振动的影响日益显著。且在沿海地区,高速铁路干线修建在饱和软土地基上,饱和软土地基具有剪切波速低、含水量高等特性,高速列车会在饱和软土地基上引起较大的振动响应。因此,本文采用板式轨道-饱和地基耦合振动模型研究了高速列车荷载作用下轨道和饱和土体的振动响应问题,为有效解决高速列车引起的环境振动问题、优化高速铁路路基设计提供理论指导。研究结论:数值分析结果表明,采用多孔饱和介质模拟饱和土地基能够更准确地分析高速列车引起的振动响应,增大轨道刚度可有效控制钢轨位移响应,且在路基设计过程中合理控制基床厚度可减小土体中液相介质的存在对土体动力响应的影响。     

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.