移动荷载作用下高速铁路路基动应力的空间分布

以设计度速350km/h的高速铁路为研究对象,建立轨道-路基-地基大系统的全尺寸精细化非线性真三维数值分析模型,考虑底座板底面和基床表层表面之间的接触状态非线性、路基土和地基土的材料非线性,模拟路基和轨道系统的施工过程和8列编组的CRH3型动车组的运行过程,开展大规模计算揭示移动荷载作用下路基内部动应力的空间分布规律。计算结果表明,在荷载的移动过程中,动应力具有时空瞬变特性;沿路基断面横向,从轨道板底面到底座板底面,竖向动应力波动较大,基床表层底面及以下波动很小,可视为均匀分布;沿深度方向,不同时刻的竖向动应力分布规律相似,但数值大小有所差别;沿线路纵向、竖向动应力峰值出现的位置与该时刻荷载作用位置相对应;与20%、10%、5%竖向自重应力相等的竖向动应力深度分别为轨道板顶面以下约1.6、2.8、3.8m,相邻荷载的叠加效应影响深度为轨道板顶面以下约7.6m。

结构-地基系统静-动力联合分析模型

以有限区域模拟无限区域的动力计算必须考虑边界上波的传播效应,应不使波在边界上发生反射再返回到计算域中,并且应考虑初始静力场对其动力反应的影响。因此,基于无限元的静、动力特性提出静-动力统一无限元,通过算例验证无限元静-动力统一人工边界在静-动力联合分析模型中的精度和稳定性。结果表明:无限元静-动力统一人工边界在静力、动力及静-动力联合分析模型中具有很高的精度和良好的稳定性,突破了传统动力人工边界不能兼顾静力效应的局限。

ABAQUS岩土动力分析的静-动力统一人工边界研究

岩土动力学分析结果可靠性受人工边界条件及动力作用输入方式影响。在剖析ABAQUS无限元静、动力理论基础上,结合二维简单水平地基模型,研究了无限元边界生成初始地应力的计算精度及其改进方法,提出了综合考虑内、外源振动问题的改进静-动力统一人工边界。研究表明:因ABAQUS中无限元缺乏对边界节点力等效约束刚度的校核,其直接应用体力作用下的初始应力计算将产生较大误差继而影响后续结果,需考虑引入有限元静力边界等效节点力加以修正;通过在静、动力计算问题中选取相应的边界等效节点力,改进的无限元静-动力统一人工边界对静力及需要考虑静、动力综合效应的内源、外源问题均具有较好的适用性。

DDA方法中的人工边界问题研究

数值分析中的人工边界可能会引入虚假的反射波,不可避免地影响求解,针对非连续变形分析(DDA)方法中的人工边界问题,首先,基于Newmark法推导黏性边界、黏弹性边界对DDA方程组的贡献;其次,为更好地解决地震等外源入射问题,在DDA中引入了自由场边界;最后,为保证静、动力分析过程转换时边界的一致性,在DDA中实现静动力统一边界。利用改进后的DDA程序进行算例分析,结果表明:各人工边界理论在DDA程序实施正确;黏性边界能高效地吸收人工边界处的反射波,黏弹性边界可以反映介质的弹性恢复能力;与黏性边界相比,两侧施加自由场边界模拟无限域运动可以减少边界的影响;引入统一人工边界的DDA可以完整地模拟静、动力计算全过程。