高速移动荷载作用下的轨道-地基系统的动力响应

以高速列车运行时的轨道-地基系统为对象,将轨道-地基系统简化为半无限地基及成层地基上的Winkle梁模型,对高速移动荷载作用下梁-地基系统的协同工作进行了分析,得到了轨道与地表面的动力响应。

移动荷载作用下的轨道-地基系统的动力响应

以列车运行时的轨道 -地基系统为对象 ,将轨道 -地基系统简化为半无限地基及成层地基上的 Winkle梁 ,对高速移动荷载作用下的梁 -地基系统的协同工作进行了分析 。

层状饱和地基-轨道-列车耦合系统轨道不平顺引起的振动分析

采用半解析方法研究了层状饱和地基-轨道-列车耦合系统的动力响应问题。层状饱和地基由任意水平饱和土层和下卧饱和半空间组成,轨道采用以无限长欧拉梁模拟的钢轨、连续质量块模拟的轨枕和Cosserat模型模拟的道砟组成的三层系统,列车模拟为弹簧和阻尼元件连接的多刚体系统。振动输入由钢轨的竖向不平顺提供。通过地基表面轨道中心处竖向位移与道砟位移相等实现层状饱和地基和轨道的耦合,通过在车轮与钢轨间引入Hertizian接触弹簧来实现轨道与列车的耦合,首先求得频率-波数域内解答,然后通过Fourier逆变换求得时间-空间域内振动响应。文中验证了方法的正确性,并进行了数值计算分析,研究表明钢轨不平顺引起的列车动荷载振动频率较低时,随着列车运行速度的增大地基表面位移幅值逐渐增大;振动频率较高时,列车运行速度对位移幅值峰值的影响不明显,但列车驶过后地基的振动明显增大,振动时间变长。

客运专线轨道-路基-地基系统临界速度分析

针对我国客运专线线路的实际情况,建立移动荷载作用下轨道-路基-地基耦合系统振动模型,分析路堤上有砟与无砟轨道情况下轨道-路基-地基系统临界速度,并讨论基床变形模量和基床厚度对系统临界速度的影响。分析结果表明:单个移动荷载作用下轨道-路基-地基系统中存在一临界速度,可称为线路临界速度;线路临界速度主要由轨道抗弯刚度、轨道-路基的参振质量和地基土层的弹性模量决定;提高线路临界速度的措施有:增加轨道抗弯刚度、对软土地基进行改良加固、选用轻质路基填筑材料以减小路基的参振质量。

高速铁路路基-地基系统振动响应分析

推导了有砟轨道-路基-地基系统在轮轨接触点处的柔度矩阵,建立了考虑轨道不平顺的车辆-有砟轨道-路基-层状地基垂向耦合振动解析模型。通过算例分析了单台TGV高速动车引起的路堤本体-地基系统振动,得到路堤本体表面的垂向位移,研究了列车速度、轨道不平顺、基床刚度和路堤土体刚度对路堤本体振动的影响。研究结果表明:路堤本体垂向位移主要由移动列车轴荷载引起;随着列车速度的提高,路堤振动的"波动性"明显增加;基床刚度和路堤土体刚度对路堤振动影响显著,可通过增大基床和路堤土体刚度来减小高速列车引起的路基振动。

基于2.5维有限元-边界元分析轨道随机不平顺影响下的铁路地基振动

建立了完善的2.5维有限元-边界元耦合模型分析移动谐荷载作用下钢轨、扣件、轨枕、道砟、路基和地基等各部分的振动响应;利用既有的车辆-轨道-路基-地基耦合系统垂向振动解析模型得到轨道谐波高低不平顺引起的垂向动态轮轨力;在此基础上,结合轨道随机不平顺功率谱密度,提出了列车运行引起的地基振动功率谱计算方法。对比分析了地基表面测点垂向振动加速度级的理论计算与现场实测结果,证明了该模型的合理性。模型能有效地分析具有复杂横截面形状的轨道-路基-地基系统的振动响应以及多种轨道、地基减振隔振措施的影响,且具有较高的计算效率,适用于铁路线路设计阶段的方案比较研究。

高速移动列车荷载作用下层状饱和地基-轨道耦合系统的动力响应

基于Biot流体饱和多孔介质理论,求得层状饱和地基表面移动荷载的动力格林函数,进而建立2.5维间接边界元方法,研究了高速移动列车荷载作用下层状饱和地基-轨道耦合系统的动力响应。该文通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均匀饱和半空间地基和饱和基岩上单一饱和土层地基为模型进行了数值计算,分析了列车移动速度和饱和土层等对动力响应的影响。研究表明,层状饱和地基和均匀饱和地基对应的动力响应有着显著的差别;列车移动速度接近饱和地基的Rayleigh波速时,会引起饱和地基-轨道耦合系统的共振,产生较大的动力响应;饱和地基不透水情况下动力响应最大,饱和地基透水情况下动力响应次之,干土情况下动力响应最小。另外,饱和土孔隙率、饱和基岩与饱和土层刚度比、饱和土层厚度等也对动力响应具有重要影响。

基于随机场理论的下穿盾构隧道施工变形条件下列车动态响应

在以往的路基段铁路行车安全研究中,地基土的物理力学参数常被考虑为确定性的参数。为探究下穿地铁盾构隧道周围土层的随机场特征对地表既有铁路行车安全的影响规律,建立列车-轨道-盾构隧道-地基土耦合系统分析模型。基于随机场理论对地基土的物理力学参数进行随机赋值,并获得轮重减载率和车体加速度等车体动态响应指标的概率密度演化信息。基于概率密度演化理论开展下穿盾构隧道施工变形条件下地表运行列车动态响应分析。结果表明:盾构施工段范围内的地表沉降分布近似呈正态分布,地表沉降均值与标准差的最大值出现在盾构隧道中心线位置,而轮重减载率最大值出现在地表沉降最大值两侧曲线的下降段。随着车速的提高,车体垂向加速度概率密度等高线的分布宽度逐渐增大,当加速度上限曲线取最大值时对应的概率密度分布仍近似呈正态分布。当车速达到300 km/h时,轮重减载率的分布范围超过0.8的限值要求,而在300 km/h以下的行车速度条件下,车体加速度均满足规范要求的1.3 m/s^(2)的要求。为满足三倍标准差的99.74%的行车安全保证率,建议该区域的行车速度不应超过250 km/h。