高铁荷载下桩-土复合地基振动响应特性研究

采用一种复合正弦波(M波)模拟列车移动荷载,建立轨道-路堤-PCC桩-土复合地基三维动力有限元模型,研究高速铁路路堤及PCC桩复合地基在列车荷载作用下的振动响应特性。研究结果表明:在靠近列车荷载作用处振动响应比较强,随着与轨道的距离增加,振动响应值也逐步降低,至地基远处24.5 m处,振动响应已经很小。路堤内振动波远低于枕木处振动幅值,振动波经路堤、垫层、桩体和土体层层过滤衰减作用,在地基下部土体中振动被削弱,振动的幅值和频率范围均受到影响。经过滤后地基下部土体振动响应频率接近或者低于土体自振频率,路堤、桩体和地基振动响应曲线体现了振动波在路堤系统各部分传播特点,反映出各部分振动特性。     

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。     

铁路超重货物作用下轨道路基动态响应试验研究

为探讨超重货物作用下轨道路基动态响应规律,通过现场试验和ANSYS数值模拟进行研究。现场试验采用加速度计、位移计和土压力盒等元器件,测试轨道路基结构动态响应参数,并将测试结果与现有规范和数值模拟结果进行比较分析,评估在该试验线路上开展超重货物运输的可行性。研究结果表明:超重货物作用下,该试验线钢轨强度和变形均满足试验标准;道床与基床动应力模拟值略大于实测值,但总体趋势基本保持一致,实测值均未超出材料的容许值;基床顶面竖向变形为1.93 mm,残余变形为1.39 mm,基床较大残余变形会引起钢轨的不平顺,进而会加剧基床的破坏。建议在超重货物运输过后,要及时对线路进行养护维修,确保其他列车的安全运行。     

土质路基荷载下地基反力试验研究

地基反力σ能够反映荷载作用下地基受力的情况,但其在土质路基特别是高压实度土质路基荷载作用下的研究并不多。本文通过现场及室内离心模型模拟土质路基的填筑及放置过程的试验,对地基反力进行研究。研究表明:高压实度土质路基荷载作用下地基反力呈弧形分布,路基宽度范围内地基反力小于γH值,靠近坡脚的路基边坡区域大于γH值。路基中心处地基反力σc与路基宽高比b/H有很大关系,当路基宽高比b/H较小时,σc与γH值差距较大;当b/H较大时,σc与γH值差距减小;当b/H大于10时,σc基本等于γH值。本文结合试验结果得出考虑b/H影响的路基中心处地基反力σc的计算方法,提出新的地基反力沿路基横断面的计算公式,使路基荷载下地基反力的计算结果更接近实际;结合试验得到路基中心处实测地基反力及地基沉降值,对两种中等压缩性土地基在路基荷载作用下的地基反力与地基沉降的关系进行讨论,得出其相关性较好的地基反力系数,为今后土质路基荷载作用下地基反力系数的应用提供了参考资料。     

高铁滨海北站路基段环境振动试验研究与数值分析

为了研究高速铁路列车在路基段运行时引起的周边环境地面上的竖向振动特性和传播规律,进行现场试验和数值分析。实测结果表明:高速铁路路基段周边环境地面不同距离测点的Z振级均小于78 d B,振动并没有随距离衰减,只是在距离外轨30~60 m范围内有减弱;距离线路外轨30 m外的环境振动的频谱主峰频率以小于10 Hz的低频为主;振动频谱中并没有显现出高频振动衰减快、低频振动衰减慢的规律。基于FLAC3D的数值分析结果与实测值吻合良好,验证了模型的合理性,并分析群桩加固区对振动的影响,结果表明:在路基段采用群桩基础对地基进行加固,可有效降低高速铁路列车运行对路基段周边环境振动的影响。     

地铁列车荷载作用下砖石古塔振动响应研究

为研究地铁荷载作用下砖石古塔的振动响应和安全性,以武汉洪山宝塔为研究对象,对该塔进行地脉动测试,基于随机振动理论计算其前2阶自振频率与相应振型。建立数值计算模型,得到模型的自振频率和振型,参照脉动测试结果对模型进行校核。基于校核后的有限元模型,研究地铁列车荷载作用下塔体各层最高处的水平振动速度的变化规律,并参照国家规范对不同工况下的塔体安全性进行评估。研究结果表明：宝塔在东西和南北方向的前2阶频率接近,振型也十分相似且均为平动振型。地铁运行引发的古塔振动主频率为0～15 Hz。各层最高处水平振动速度沿楼层高度方向均呈现先增大后减小随后再增大的趋势,最终在顶层达到最大值。随着振动源水平距离的增加,古塔各层最高处水平向振动速度总体均呈减小趋势,但在一定范围内存在振动放大区。该区域内的顶层水平速度的增幅虽未超过国家规范中省级文物保护单位的振动限值,但由于古建筑对振动速度的变化非常敏感且古建筑保护级别是动态的,类似于上述的增幅对古建筑是潜在隐患,建议在进行地铁线路规划时,应尽量避免将古建筑处于振动放大区内。在选定工况下,洪山宝塔与地铁线路的安全距离为12.5 m。研究成果可为古建筑周边轨道交通...     

列车振动荷载作用下近距离空间交叠盾构隧道的动力响应特性及损伤规律分析

采用拟合的列车振动荷载,研究在上部列车振动荷载作用以及不同围岩等级、不同隧道间距条件下空间交叠盾构隧道的动力响应特性和损伤分布规律。结果表明:上部隧道衬砌振动加速度在拱底最大,拱腰相对较小,拱顶最小,下部隧道衬砌振动加速度在拱顶最大,拱腰相对较小,拱底最小;上部隧道的压致与拉致损伤均在拱底最大,拱腰次之,其余各处相对较小,且上部隧道底部约130°范围为损伤主要区域;随着围岩等级的提高,上部隧道衬砌的最大主应力逐步增大,最大主应力峰值由拱腰逐渐向拱底转移;随着隧道间距的增大,上部隧道衬砌的最大主应力逐步减小。     

铝合金动态冲击响应特性的试验研究

通过单边缺口三点弯曲试样的动态冲击试验，研究了几种车辆用铝合金对动态冲击的响应特性。从选材角度对比分析了几种铝合金的动态断裂韧性及裂纹扩展阻力。     

循环荷载下红层泥岩路基土的变形特性研究

针对红层泥岩土这种特殊的粒类材料,通过动三轴试验研究其在循环荷载下的变形特性。根据累积变形曲线的发展趋势,把红层泥岩土的累积变形分为稳定型和破坏型,并分析了产生不同变形曲线的原因。引入了动应力水平的概念,由试验数据得到红层泥岩土的临界动应力水平为30%左右。用Monismith模型来分析红层泥岩土的累积变形,发现系数A的离散性很大,而指数b的离散性较小。考虑土的类型、应力状态和物理性质等主要影响因素,将系数A扩展为3个参数,分别反映上述影响因素,3个参数具有明确的物理意义且容易确定,便于模型的实际应用。     

近距离空间交叉盾构隧道列车振动响应特性研究

针对目前国内近距离空间交叉盾构隧道工程,采用拟合的列车振动荷载公式,考虑列车的行驶效应,通过在轮轴对上施加振动力时程曲线,同时给予轮轴一定的行驶速度来研究列车振动作用下空间交叉盾构隧道的动力特性。在特定列车行驶速度和围岩条件下,交叉位置对应上下隧道截面的应力和加速度情况进行分析,并对上下交叉隧道纵向不同位置的加速度时程响应进行研究。获得上部和下部隧道交叉截面第一主应力和加速度分布形态及其相对不同交叉净距的变化趋势,揭示了列车在隧道内行驶时,特定观测点出现明显动力响应存在一个对应的影响区,对比下部隧道交叉处(纵向中截面)位置点的加速度响应值与其左右各点相应加速度在数值大小和一阶频率上的区别。研究所得结论对高速铁路空间交叉盾构隧道的设计具有一定的参考价值。     

列车振动荷载下路基-地基应力应变分析

应力应变是路基-地基系统动态响应的重要指标,也是评价路基与地基行车安全及舒适度的重要依据,因此进一步研究其意义重大。以Biot理论为基础,用数值模拟的方法,分别用线弹性本构模型及弹塑性本构模型(Pastor-Zienkiewicz Mark Model III)分别描述弹性与弹塑性砂土的动力特性,以Mat Lab以及FSSI-CAS 2D等软件为工具,进一步研究富含地下水环境下的弹性、弹塑性砂土路基-地基系统在列车通过时的应力应变特征。通过计算得到路基-地基系统内部应力应变的具体值及其变化规律,为解决类似问题提供一个新的方法,并可应用于实践。     

爆破振动及列车振动荷载作用下隧道动力响应实测对比研究

爆破振动荷载与列车振动荷载均可对邻近工程岩体及结构产生动力影响,但两者的荷载类型以及诱发的激振反应有较大差异.对金丽温铁路某运营隧道在邻近场区的330国道K17滑坡治理石方爆破振动和列车振动响应的对比监测表明,两者荷载作用方式不同,爆破振动响应曲线为单点振源逐步衰减曲线,列车振动响应曲线为连续振源耦合衰减曲线;当爆破工作面距离运营铁路隧道50 m,爆破药量在30 kg时,实测隧道侧墙及导洞岩壁爆破振速总体控制在1 cm/s左右,与列车通过振动荷载基本相当,爆破振动频率略低于列车振动频率,均未发现结构共振现象,可供类似工程参考.     

钢-混凝土组合梁在简谐荷载下的动力响应试验研究

为了研究钢-混凝土组合梁在强迫振动下的动力响应,以剪力连接度为参数,设3片钢-混凝土组合箱梁,进行了不同静载分量、加载幅值和频率的简谐荷载下的动力试验研究,得到了跨中动挠度、跨中加速度和结合面滑移随剪力连接度及简谐荷载特性的变化规律。试验结果表明:组合梁结合面的滑移均值和幅值、跨中加速度、以及跨中动挠度时程在简谐荷载下均表现为随时间变化的波动形式,且均随剪力连接度的降低而增大;组合梁跨中动挠度和结合面滑移均值主要受静态荷载分量影响,滑移幅值主要受加载幅值影响,而跨中加速度则受荷载频率和荷载幅值的影响较大。     

列车荷载下高速铁路路基沥青混凝土层力学特性研究

运用有限元软件ABAQUS建立高速列车轨道沥青混凝土层路基的动力学分析模型并予以验证,论证沥青混凝土层在高速铁路结构中应用的可行性,分析列车荷载作用下沥青混凝土层的力学特性以及沥青混凝土层厚度、材料弹性模量、列车速度对其受力状态的影响。研究结果表明:沥青混凝土层主要受力状态为纵向受拉,侧向受底座板的剪切作用;沥青混凝土层纵向受力不利位置在底座板伸缩缝处,横向受力不利位置在底座板边缘。建议沥青混凝土层的弹性模量不小于7 000 MPa,沥青混凝土层的厚度应不小于8 cm。     

列车振动荷载作用下高速铁路近距地铁平行隧道的动力响应特性分析

为研究高铁列车和地铁列车同向以不同速度行驶时的振动对高铁隧道衬砌结构的影响,采用模拟的列车振动荷载,在铁轨上施加对轮轴的模拟振动荷载并考虑列车速度来研究同向列车振动荷载下高铁隧道衬砌的动力响应特性。结果表明:在同向行驶的列车振动荷载作用下,对于隧道特定监测点而言,存在一个列车行驶振动响应的影响区,列车行驶至该监测点时,其振动响应最大;高铁隧道中部横断面衬砌振动响应从上到下逐渐增大,拱脚、拱底竖向应力幅值分别为拱腰的1.63、2.26倍,加速度最大幅值分别为拱腰的1.21、1.29倍。     

横风荷载下电磁悬浮EMS型磁浮车辆动态响应特性分析

强烈的横风荷载会影响磁浮列车横向稳定性和安全.为全面了解横风荷载下电磁悬浮(EMS)型磁浮车辆的动态响应特性,建立了一个精细化的3D磁浮车辆多体动力学模型,并利用CFD(计算流体运动学)方法获得了磁浮车辆的气动载荷系数.基于中国帽子风阵风风速曲线计算生成横风荷载,进而通过时域动力学仿真,最终获得磁浮车辆车体与悬浮架...     

轴承滚子缺陷激励下高铁轴箱系统振动特性研究

以某型高速列车转向架上轮对和轴箱系统为研究对象,构建一种包含轴箱轴承滚子缺陷的车辆-轨道耦合动力学模型,并利用现场试验数据验证轴箱轴承-车辆-轨道耦合动力学模型的有效性。通过仿真计算获得在京津线轨道随机不平顺激扰工况下轴箱的振动加速度时间历程以及轴承滚子与外圈的接触载荷时间历程,结合轴承滚子缺陷数学分析模型,研究轴承滚子缺陷激扰工况下轴箱系统内部结构的接触振动特性。研究结果表明：当轴承滚子出现缺陷时,轴箱横向和垂向振动加速度包络谱在滚子故障频率和2倍滚子故障频率的倍频处出现振动加速度峰值,且以保持架旋转频率10.32 Hz进行振幅调制;缺陷滚子与外圈接触载荷频谱主要分布在0～100 Hz的低频段,在200～1 000 Hz频段内出现以轴承保持架旋转频率为频率间隔的一系列峰值;随着轴承滚子缺陷宽度的增加,滚子与外圈接触载荷中高频段所占成分逐渐增加,表明轴承滚子缺陷宽度的增加会逐渐引起轴承滚子与外圈的中高频激振,加强轴箱轴承内部构件之间的动态作用从而加速轴承的疲劳破损失效;列车运行速度在250 km/h左右时,仿真数据表明轴承滚子缺陷宽度需限制在1 mm以内,尽量减少因轴承滚子缺陷宽度过大...     

西宝高铁黄土地区路基振动效应空间分析研究

研究目的:伴随我国西部大开发、一带一路、八横八纵高速铁路网等重大工程战略的深入建设,西部黄土地区高速铁路、客运专线等高等级的轨道交通项目越来越多。为研究高速列车通过时对周边地面地层体的环境效应,本文选择某典型路基工程开展现场振动效应实测,分析振动沿地表、地下深度的强度、时程、频谱等空间特征,以期为同类工程设计和工程措施设置提供基础支持和理论借鉴。研究结论:(1)黄土地区高速列车运行产生的振动荷载,对周边地面地质体沿地表、地下深度产生空间环境效应;(2)列车引起的振动强度随距离增大、深度增加而衰减,衰减快慢在一定位置产生变化;沿水平、垂直方向振动强度与列车速度、列车轴重呈正比例关系,振动持续时间与列车长度呈正相关关系;振动频率分布沿地表与列车速度呈负相关关系,在垂直方向随深度增加越集中;(3)黄土的结构性、非均匀性,使得振动在局部位置产生反弹增大现象;(4)该研究成果可为高速铁路路基工程设计提供技术支持,并可为同类岩土工程建设提供理论借鉴。     

静动荷载下桩网结构路基土工格栅承载特性试验研究北大核心

以京沪高速铁路徐沪段路基为研究对象,通过室内大比例模型试验,研究了静动荷载作用下桩网结构路基土拱效应与土工格栅承载性能的变化规律,分析10万次动荷载作用后土工格栅的承载特性。结果表明:在路基填筑初期未形成稳态土拱前土工格栅应变增长较快,当形成稳态土拱后土工格栅应变增长趋于稳定,且桩帽边缘处土工格栅应变增长最快,土工格栅使得桩顶上方多承担了7.6%的荷载;10万次动荷载作用下,土拱效应依然有效,但是会产生一定程度的弱化,土工格栅减小了动荷载对土拱效应的削弱作用;相比静载动荷载作用下土工格栅应变增长迅速,最大增长了约19%;动荷载作用后土工格栅会产生拉力退化与软化现象。