CRTSⅢ型板式无砟轨道结构缝对路基应力分布特征影响

无砟轨道结构缝位置的路基面动应力存在集中效应,是产生底座/支承层-路基离缝,进而引发路基翻浆的重要因素。针对CRTSⅢ型板式无砟轨道结构特点及层间接触条件,建立设有混凝土结构缝的轨道-路基空间有限元模型,分析转向架双轴荷载作用于无砟轨道结构连续、轨道板缝、底座缝三种位置下路基面列车荷载分布特征,结合现场实测数据,提出考虑结构缝影响的路基面简化荷载模式。研究表明:路基面列车荷载纵向分布范围与混凝土层间接触条件相关,随摩擦系数增加呈非线性增大趋势,实测摩擦系数对应的纵向计算长度与测试值吻合;结构缝对路基面列车荷载沿纵向分布形态有显著影响,转向架双轴荷载作用于底座结构缝正上方为最不利位置,路基面应力分布模式由连续结构位置的梯形转化为应力较为集中的三角形;底座缝断面的基床应力大于结构连续位置,应力增幅由路基面的33%随深度逐渐衰减至基床底面的8%。

重载列车荷载下新型预应力路基的加速度响应试验研究

路基的加速度响应是表征列车荷载下路基体振动剧烈程度的代表性参数。基于Buckingham π理论,研制了缩尺预应力路基动力模型试验系统,并开展了不同重载列车轴重、预应力大小和加载振次下的预应力路基加速度响应试验。结果表明:(1)预应力钢筋在张拉锚固后,由于路基土的蠕变变形会出现预应力损失现象,建议实际工程中进行超张拉;(2)路基在循环动荷载作用下产生显著的周期性响应,相同位置处横向加速度均小于竖向加速度,且振动能量从路肩向坡脚方向逐步衰减;(3)短期加载测试下,各测点加速度峰值基本随列车轴重的增加线性增大,随预应力的增加而近似线性减小;(4)35t大轴重列车长期荷载作用下,预应力100kPa下路基加速度有效值随振动次数的增加先减小后趋于稳定,且均小于无预应力工况下的加速度有效值。以上结果表明预应力加固结构在降低路基动力响应方面具有积极作用。

高速铁路无砟轨道路基动应力概率分布特征及估算方法

明确高速列车引起的路基动力响应是基床结构设计的关键。采用高速动组-CRTSⅢ型无砟轨道-土质路基垂向耦合动力学分析模型,以高速铁路无砟轨道谱生成随机不平顺为激励,分析在行车速度v与轨道谱累积概率λ下的路基面动应力响应特征及统计规律,讨论动应力系数∅随机分布的位置和尺度指标μ,β与v,λ内在关系,采用无量纲化技术构建动应力系数∅概率估算模型。研究表明:路基面承受的列车动力作用具有显著的随机性,动应力系数∅服从Gumbel型极值概率分布,众值μ和离散性β随v,λ增加呈非线性增大趋势;通过引入μ,β受v,λ影响的归一化指数I_(μv),I_(μλ)和Iβv,I_(βλ),导出了动应力系数∅概率分布参数的二元函数表达μ(v,λ),β(v,λ);基于∅的累积分布函数,建立了保证率为p的动应力系数分位值估算方程∅(v,λ,p),相较于耦合动力学仿真计算值误差不大于5%。

有轨电车嵌入式轨道路基荷载动应力特性分析

掌握有轨电车交通荷载下路基动力响应特性是设计嵌入式轨道路基结构的关键技术前提.首先,考虑车体间铰接形式、轨道支承特点与路基阻尼影响,构建有轨电车-嵌入式轨道-土质路基耦合动力学模型;然后,以中国普通干线铁路轨道谱为激励,进行动力学仿真;最后,分析路基面承受车辆荷载特点,并讨论动应力放大系数的概率分布特征与沿深度衰减规律.研究表明:嵌入式轨道结构路基面动应力的幅值受轨道随机不平顺影响服从正态分布规律;在有轨电车轴重11 t、设计速度100 km/h、90%干线轨道谱条件下,路基面动应力放大系数服从正态分布N(1.008, 0.1002),超越概率30%的常遇动力系数为1.058,保证率为99.9%的极限动力系数为1.308;受路基材料阻尼影响,动应力放大系数沿深度线性衰减,阻尼增大,衰减趋势加剧;随着深度增加,动应力放大系数均值逐渐减小,由动力作用增大区略大于1过渡到动力作用减弱区小于1.

大粒径土石混填料在山区道路路基填筑中的应用分析

以大粒径土石混填路基施工为研究对象,采用有限元软件模拟分析该方法对路基处理效果,并对相关参数影响进行分析,得到以下结论:大粒径块石的存在不会对路基的应力和位移的分布造成影响,且按照一定的方法采用大粒径块石填筑路基时的路基抵抗变形能力要强于无块石路基;随着径块石间净距的增大,路基沉降呈现出先减小后增大的变化趋势,最佳块石净距为1.5倍的块石粒径;随着块石距路基顶面垂直距离的增大,路基沉降呈现出逐渐减小的趋势,块石距路基顶面垂直距离应宜不小于2.5m;工程中若采用双层或多层大粒径土石混填料填筑路基时,应采用块石上下错位放置的方式。

重载列车作用下新型预应力路基动应力响应规律研究

基于车辆−轨道耦合动力学理论,建立列车−轨道−预应力路基和常规路基共2种三维动力有限元模型,通过引入重载铁路高低不平顺轨道谱,分析不同轴重列车运行下,这2种路基结构动应力响应差异化规律。研究结果表明:1)受轨道不平顺的影响,2股钢轨正下方路基面的动应力沿路基面中线呈非对称分布,且差异性显著;2)2种路基结构在轨下路基面上的动应力峰值沿线路纵向的随机波动程度随轴重增大而增大,而预应力加固结构在一定程度上可控制这种波动程度,且列车轴重越大,控制优势越明显。在轨下基床层不同深度处,预应力路基内的动应力平均值略低于常规路基的动应力平均值;3)列车轴重对动应力变异水平存在放大效应,而在预应力路基基床内,其动应力变异系数均小于常规路基的动应力变异系数,表明预应力加固结构在维持路基动应力稳定方面具有积极效应;4)在基床内不同深度处,2种路基结构动应力峰值沿线路纵向均服从正态分布;5)列车轴重越大,钢筋附加动应力水平越高,但远低于静态目标张拉应力,且各排钢筋动响应程度沿坡面从上至下是逐渐衰减的。

新型预应力路基静力加固性能与机理研究

预应力路基作为一种新型铁路路基结构形式和路堤快速加固技术,其实际加固性能与机理方面的研究还相对滞后。以重载路基为背景,通过填筑室内大比尺物理路基模型,对其开展条形荷载板试验,主要测试分析路基在3种不同加固状态下路基面沉降、边坡侧向变形的变化规律。此外,为进一步探究预应力差异化加固模式对路基承载变形特性的影响,建立与条形荷载板试验相匹配的三维有限元模型,开展多工况数值仿真对比计算,重点探究加固结构布设位置、排数以及不同预应力大小对路基体受荷变形规律的影响。研究结果表明:预应力路基在控制路基面沉降和坡面侧向变形方面较普通路基存在显著优势,预应力加固结构可有效提升路基的弹性工作区间,延缓路基进入塑性发展阶段,且其加固效果随分级荷载的增大得以逐步显现。在控制路基边坡侧向变形方面,增加加固排数是最有效的加固途径。在排数限定时,考虑在坡面侧向变形最大区域布置加固结构对约束边坡整体变形最有利,提高预应力也可进一步限制边坡侧向变形。因预应力钢筋具有较高的抗拉强度,可与路基体协同承载抗变形。研究结果论证了预应力路基的加固效果,并初步揭示了其作用机理。

海南东环线路基现场应力测试研究

路堤基底应力大小及分布形式,对地基沉降计算影响较大;复合地基垫层中土工格栅拉力大小是柔性拱作用效果的重要反应同时为土工格栅强度选择提供依据。海南东环线全风化花岗岩路基基底应力测试和复合地基垫层中土工格栅拉力测试表明:比例荷载法计算基底附加应力大于实测值,均布荷载计算值小于实测值,弹性土堤法和修正比例荷载法计算的附加应力接近实测值;土工格栅拉力实测值与日本规范法计算值接近,欧洲规范计算值明显大于实测值,目前国内土工格栅强度满足受力要求。

高速铁路板式无砟轨道不平顺下路基动应力的概率分布特征

路基动应力的概率分布特征是路基极限状态法设计的基础。本文利用列车-板式轨道-路基耦合三维动力有限元模型,研究了高速列车在德国低干扰谱下以3种典型速度运行时路基动应力的概率分布特征,给出了路基动应力的均值及变异系数沿深度方向的分布,讨论了列车运行速度对均值及变异系数的影响。最后根据柯尔莫哥洛夫检验方法,对路基动应力进行了正态性验证,发现列车运行时各个路基深度处的动应力均服从正态分布。本文获得的动应力概率分布特征可为路基累积沉降的可靠度分析提供基础。

提速状态下路基动应力测试分析

简要介绍了动态测试系统 ,对沪宁线车速 1 7～ 1 36 km/ h情况下客货车产生的路基动应力进行了测试分析 ,结果表明 ,随着列车速度的提高 ,路基动应力略有增加 。

新型预应力路基坡面法向附加应力扩散规律分析

以新型预应力路基为研究对象,基于弹性理论推导预应力加固结构(侧压板和预应力筋)作用下路堤内沿坡面法向的附加应力扩散系数计算公式,并获得侧压板正下方及其2个外延方向的预应力扩散规律。研究表明:(1)理论公式适用的边界条件为侧压板(边长为0.9 m)离路肩距离不小于1倍板宽;(2)法向分解力产生的扩散作用显著大于切向分解力;(3)由于切向荷载作用,侧压板正下方土体的总扩散应力随深度由'腹鼓形'差异分布逐渐过渡呈'腹平状'较均匀分布;(4)各深度平面上最大扩散系数位置随深度发展在作用区中轴线上不断变动;(5)不同区域的扩散效果为板体正下方>上边界外侧>左右边界外侧>下边界外侧,板体两外延方向的平均有效扩散深度达1.6 m。基于ABAQUS有限元软件建立三维精细化路堤模型对理论解进行验证,发现二者结果(包括路肩处)吻合良好,论证了扩散系数理论公式的正确性及适用条件。最后,基于多块侧压板作用下附加应力的分布情况,探寻侧压板的合理布置间距,保障路堤内一定深度处形成一道连续、有效且较为均匀的预压区,改善路堤土的受力状态,并对路堤边坡提供侧向强制约束,利于路基长期稳定。

车辆轴载作用下无砟轨道路基面动应力分布规律探讨

针对双块式无砟轨道路基的典型结构,在参考遂渝铁路无砟轨道综合试验段现场测试数据的基础上,结合有限元数值计算结果,运用Winkler弹簧地基上叠合梁模型的计算理论,对车辆单轴荷载作用下无砟轨道路基面动应力分布进行讨论,提出反映无砟轨道路基面支承刚度的基床结构地基系数计算概念,初步建立无砟轨道路基面动应力沿线路纵向分布长度的解析计算方法。研究表明:车辆单轴荷载作用下路基面动应力分布表现为横向均匀、纵向三角形的基本形式;对路基面动应力沿线路纵向分布长度影响的主要因素是无砟轨道混凝土结构的刚度,车辆轴重的影响不显著;无砟轨道混凝土结构长期刚度的衰变将对路基面承受的动力作用产生不利影响。

遂渝铁路无碴轨道路隧过渡段路基面动应力测试分析

通过对遂渝铁路无碴轨道综合试验段路隧过渡段路基动力学响应的现场实车测试,分析在CRH2动车组和C80重载货物列车作用下的路基与隧道刚性渐变混凝土过渡段的路基面动应力响应特性。测试数据表明:行车速度的提高对路基面动应力的增加影响显著,路基面动应力沿线路纵向基本呈波浪型台阶变化,轴重对动应力的幅值和速度影响系数、沿线路纵向的动应力变化坡度都有一定的影响。

基于路基土蠕变效应的路基预应力损失模型研究

新型预应力路基技术可用于整治路基病害或强化既有线路基,研究其预应力损失规律对保障预应力路基工程的长期安全具有重要意义。基于弹性理论提出了预应力路基侧压力板与路基边坡接触面中心点后方水平路径上附加应力的计算方法,分析表明该特征路径上水平附加应力随距板-土接触面中心点距离的增加呈现良好的指数函数衰减关系。基于水平附加应力的指数函数扩散规律及路基土的蠕变行为,推导了路基土的蠕变变形计算公式。进一步基于蠕变变形与预应力钢筋回缩变形的协调性,建立了路基预应力的损失模型和计算方法,并结合FLAC^(3D)数值仿真开展了对比分析。研究表明:钢筋预拉力损失的理论预测曲线与数值仿真曲线吻合良好,二者偏差不足5%,论证了路基预应力损失模型的有效性;钢筋预拉力可在锚固后的60 d内达到稳定,且预拉力的稳定值可达其初始值的85%~90%,说明新型预应力路基技术可为路基土提供相当可观的稳定附加围压,从而通过改善路基土的应力状态达到强化路基的目的。

高速铁路路基面竖向动应力的模拟计算

介绍路基面动应力有限元模型及其计算原理 ,计算分析几种轨道不平顺状况及轴重下路基面动应力与列车速度的关系 ,指出高速铁路应严格控制轨道不平顺幅值 。

高速铁路路基面动应力概率特性研究

路基动应力特性在高铁路基设计中非常重要,因此对其进行研究具有一定的意义。通过列车-轨道-路基三维有限元数值方法,计算得到了在京津城际轨道不平顺谱下路基面横向各位置处的动应力。利用概率统计理论,统计得到了3种列车速度下路基面横向各位置处动应力的均值和变异系数;并通过对路基面中心位置处动应力计算结果进行统计分析得到了京津城际轨道不平顺谱下路基动应力的最优概率分布模型。结果表明,在京津城际轨道不平顺谱下,路基面动应力均值沿横向呈现"M"型分布,变异系数沿横向逐渐减小。列车速度对路基动应力均值及变异系数具有一定的放大效应,且路基动应力沿纵向近似服从对数正态分布。

新型预应力路基水平附加应力计算的图表法

水平预应力自坡面向路堤内的传播特征与扩散规律是预应力路基加固法需要解决的关键问题。基于弹性理论,推导了预应力路基内的水平附加应力计算公式,通过大量布点计算获得了6种典型坡率下预应力路基内的水平附加应力扩散系数图表,并分析了不同坡率和侧压板边长比下路基内水平附加应力扩散规律。研究表明:(1)可通过边坡坡率1:m、侧压板边长比l/b和计算点水平深度与板宽之比h/b三个无量纲参数,结合图表法快速、准确地获得预应力路基内任一点处的水平附加应力扩散系数KH;(2)不同路堤坡率下,板下(上)角点处水平附加应力扩散系数KHD(KHU)-h/b关系曲线基本趋同,板下角点处KHD随h/b的变化规律以临界板尺寸比(l/b)c为界,可分为先增后减和逐渐减小两种,面板上角点处KHU则随h/b的增加而逐渐减小;同一路堤坡率下,KH随l/b的增加而增大,但增加速率逐渐减小;(3)当侧压板距路肩线净距大于2.0倍板宽时,图表法插值所得附加应力与理论公式结果及数值仿真结果吻合良好,论证了图表法及理论公式的可靠性和适用条件。研究成果可为预应力路基设计提供一种快速且简便的设计参考蓝本,系一种高效集成法。

高速铁路双线路基动应力的特性研究

双线路基是高速铁路路基中常见的一种形式,其动应力的特性研究至关重要。建立了列车-轨道-双线路基三维有限元模型,并在两股钢轨上添加了两种典型的高低不平顺谱。通过数值计算,得到了两种轨道不平顺谱及三种列车运行速度下路基动应力沿纵向的分布,统计了不同深度处路基动应力的均值及变异系数,并给出了均值的拟合公式。最后,对两种轨道不平顺谱下路基动应力的概率分布型式进行了验证。利用柯尔莫哥洛夫检验方法,证明了轨道不平顺谱下路基动应力近似服从对数正态分布。

考虑列车轴载时序的有砟轨道路基动应力频响特性

列车移动轴列荷载经轨道结构传递扩散至路基,引起的动应力受车辆几何参数影响具有周期性。以单位脉冲函数描述轴载时序的周期特征,引入颗粒介质随机应力扩散理论建立单轴载沿深度扩散分布模型,运用卷积定理推导路基动应力时程及频谱表达式,分析高速铁路有砟轨道路基动应力主频过渡、幅度抑制、快速衰减特性及随列车编组、路基深度的演化规律,并通过现场实测进行验证。研究表明:随列车编组n增加,路基动应力频谱主频由车辆定距频率f_(b)整数倍逐步过渡到车长频率f_(c)整数倍,中国标准动车组条件下存在基频f_(1)=(1+0.398/n^(1.546))·f_(c)拟合关系;车长频率f_(c)部分整数倍N_(r)所对应频率f_(r)=N_(r)·f_(c)出现幅度抑制为零现象,由车长L_(c)和轴距L_(a)决定,产生周期性幅度抑制条件需满足0.5L_(c)/L_(a)为整数;路基动应力频谱谱峰值随主频增加呈快速衰减趋势,并沿路基深度大幅降低,幅度衰减90%所对应截止频率由基床顶面的11倍f_(c)减至基床底部的2倍。研究成果对深入分析高速铁路路基动力响应特性具有参考价值。

铁路路基动应力计算方法及沿深度衰减规律

通过具体的算例比较了两种动应力计算公式之间的差别,得出结论:动应力在基床表层范围内衰减较快,工程中增大基床表层厚度或者增大基床表层模量可以显著加速动应力的衰减,减小基床表层底面处动应力值。随着列车轴重、运行速度的提高,路基中动应力呈线性增长。