扣件失效对地铁整体道床动力性能的影响

为研究扣件失效对地铁整体道床轨道及车体振动性能的影响,基于结构动力学理论建立地铁列车-整体道床(隧道衬砌)耦合分析模型,采用弹簧阻尼模拟土体,采用模态分析和Newmark法求解动力响应,研究列车速度、扣件失效数量和轨道不平顺对地铁车轨振动的影响。研究结果表明:扣件失效会加剧系统振动响应,对车体加速度影响较显著,但对钢轨位移和轮轨接触力的影响相对较小;列车速度对钢轨位移和邻近扣件反力的影响较小,对车体加速度和衬砌加速度影响显著;随着失效扣件数量增加,车体竖向加速度等系统动力响应增幅明显;在考虑轨道不平顺的情况下,扣件失效会加大钢轨加速度和衬砌加速度的振级,而车体竖向加速度可作为确定失效扣件位置的敏感指标;扣件失效会增大邻近扣件的受力,造成二次失效,影响乘客舒适性和周围环境振动,需要及时检修,保障地铁正常运行。     

基于车桥耦合振动的铁路简支梁桥动力分析

以32 m简支梁桥为例,使用有限元软件SIMPACK和ANSYS分别建立CHR动车模型和32 m简支梁桥模型,进行两款软件的联合仿真,研究列车的通过速度和简支梁桥的刚度对桥梁动力响应的影响。研究结果表明:列车通过速度对桥梁跨中的竖向位移及竖向加速度影响比较大,跨中的竖向位移和竖向加速度均随列车通过速度的增大而增大,列车通过速度对桥梁跨中的横向位移和横向加速度影响较小;桥梁刚度对跨中的竖向位移、竖向加速度、横向位移和横向加速度的影响比较小,工程中在现有基础上增大桥梁刚度对提高桥梁结构的稳定性意义不大;该计算方法可用于车桥耦合振动分析,计算结果可为高速铁路桥梁建设提供依据。     

高速列车振动荷载下立体交叉隧道结构动力响应分析

文章运用有限元方法建立了高速铁路立体交叉隧道数值计算模型,分析了高速列车振动荷载下交叉隧道结构的动力响应特性,探讨了围岩级别、行车速度、列车通车方式、隧道交叉角度以及岩柱高度等参数对下穿隧道衬砌结构动力响应变化规律的影响。研究结果表明:围岩级别、行车速度及列车通车方式对下穿隧道动应力响应影响较大;下穿隧道衬砌结构的竖向位移、竖向加速度、第一主应力及第三主应力随着围岩级别提高、行车速度增加、行车方式改变而增大,随着岩柱高度增加而减小;随着交叉角度增加,衬砌结构变形、加速度及第三主应力峰值有所减小,但第一主应力峰值增加,这对于抗压强度大于抗拉强度的混凝土结构是不利的。     

盾构竖井垂直顶升施工阶段隧道变形分析

针对盾构内垂直顶升诱发的隧道结构变形问题,借助精细的数值计算,探讨盾构竖井垂直顶升阶段衬砌结构和接头变形响应特征,并通过理论计算验证数值模型具备一定的合理性.研究表明,垂直顶升施工影响主要集中在开口环及相邻三环标准环,对隧道底部的影响大于隧道顶部,竖向变形大于横向变形;垂直顶升前期隧道整体下沉,开口环和相邻环收敛变形,顶升后期隧道整体有一定的抬升,开口环和相邻环扩张;环缝接头发生以错台为主的变形,开口环与相邻环之间的错台量最大,且在底部竖向错台最明显;垂直顶升施工引起的隧道最大竖向位移、水平位移、错台量均随顶升反力的增大而同向线性增大.     

半空间弹性介质内圆形衬砌对平面P波的散射

度、衬砌厚度等对衬砌内侧的动应力集中因子和半空间表面的归一化水平和竖向位移的影响.     

城际铁路双轨道列车盾构隧道振动响应分析

针对首例城际铁路双轨道大直径盾构隧道(外径12.4 m、管片衬砌厚0.55 m)下穿南水北调中线总干渠工程实例,建立有限元数值分析模型,分析了列车行驶振动荷载对隧道衬砌结构和渠底的振动响应规律.采用激振力函数综合考虑行车平稳性、动力附加轮毂和波形磨耗等因素模拟列车振动荷载,变换轨道不平顺值由0.40 mm增至1.00 mm,列车运行工况按单列车单向行驶和双列车对向行驶,列车设计时速200 km/h.研究表明:双列车对向行驶对隧道衬砌混凝土应力和渠底面位移的影响较大,轨道不平顺值对隧道衬砌混凝土应力影响较大,但对渠底面位移影响很小.研究成果为盾构隧道和南水北调中线总干渠安全运营和维护管理的决策提供了研究依据.     

桥隧相连结构静动力特性影响因素分析

采用三维静动力有限元计算方法,对隧道洞口段桥隧相连复杂结构静动力特性的影响因素进行分析.考虑围岩、隧道衬砌以及桥台的相互作用,根据动力有限元的特点建立简化计算模型并验证其可靠性,分析列车速度、高跨比、桥台伸入隧道长度等,对隧道结构的静动力响应的影响.计算结果表明:列车速度、列车制动荷载及隧道高跨比对隧道结构的静动力受力特性影响较小,除竖向位移外,隧道其余应力及位移的变化在10%以内:对于单线桥隧相连结构,桥台伸入隧道长度应达到4 m以上,以保证桥隧相连结构处于相对较佳的受力状态.     

原位扩建既有隧道竖井与主洞交叉段施工力学

以南岭铁路隧道原位扩建项目为工程背景,采用振弦式钻孔应力计监测隧道扩挖过程中围岩环向应力的变化.建立主洞与竖井交叉段扩挖过程的三维有限元模型,通过监测数据与模型结果对比,验证模型准确性,研究采用全断面法扩挖时围岩变形及应力随开挖过程的变化规律.在此基础上,分析扩挖方法和循环进尺对扩建稳定性的影响.结果表明:扩挖过程中,交叉点主洞拱脚和边墙的围岩环向应力表现为应力释放,通风竖井破坏了主洞的成拱效应;竖井与主洞交叉点相比于非交叉点,扩挖后隧道水平位移增大47.5%,隧道竖向位移增大29.3%,拱顶围岩应力由压应力转化为拉应力;采用全断面法扩挖对围岩的二次扰动程度更低,减小循环进尺也可有效提高扩挖施工的安全性.     

基于改进迭代模型的车-桥耦合系统竖向随机振动研究

采用改进的车-桥耦合系统迭代计算模型,建立了基于虚拟激励法(PEM)的列车-轨道-桥梁竖向随机振动分析模型.采用虚拟激励法将轨道不平顺精确地转化为一系列竖向简谐不平顺的叠加,并运用分离迭代法求解车-桥耦合系统振动方程.以CRH2高速列车通过5跨简支梁桥为例,对改进的车-桥耦合系统迭代计算模型的计算精度和效率进行了验证.结果表明:在保持与传统模型相同计算精度的前提下,改进模型能使计算效率提高5倍左右.通过对列车-轨道-简支梁桥竖向随机振动响应中确定性激励引起的均值和轨道不平顺引起的均方根进行分析可知:桥梁竖向位移主要受列车自重控制,轨道不平顺引起的桥梁竖向位移影响很小;桥梁和车体竖向加速度受轨道不平顺影响显著,改善线路条件能有效提高列车的乘车舒适性;同时,车速越高,桥梁和车辆随机响应的均方根越大,由轨道不平顺引起的耦合系统振动响应的离散度越大.     

地铁列车速度对含加固区地层振动特性的影响

利用有限元方法对列车移动荷载作用下运营隧道-加固区-地层的系统动力响应展开研究,并分析了不同列车运行速度对结构-地层系统各部分加速度、动应力和动位移的影响规律。结果表明：因加固区刚度相对衬砌极小且有一定的厚度,加速度在加固区中得以显著衰减,动力传递介质的突变使应力在衬砌与加固区交界处骤降,位移的减弱主要发生在受列车荷载影响较小的深厚地层;当列车运行速度提高时,动荷载幅值增大,相应加速度峰值单调增大;位移同样随列车速度的增大而呈不同程度地提高;由于与列车静荷载相比,动荷载幅值的变化极小,故列车运行速度的改变对应力峰值的影响较小。     

公路隧道衬砌后空洞对结构安全的影响

基于公路隧道衬砌后空洞对结构安全影响的模型试验,利用ANSYS软件进行数值分析,研究隧道在不同的应力场中,空洞位于不同位置以及空洞被回填前后,衬砌结构的力学性状,并结合模型试验结果,综合评价隧道结构的安全性。分析结果表明:空洞存在于拱顶上方或右边墙背后,病害分别集中于隧道衬砌上半部区域或右半部区域;当空洞被回填后,病害多集中于衬砌拱圈的下半部或左半部,且随着侧压力系数的增大,这种情况越明显;空洞回填一般能使其结构安全性能提高10%～30%;结构性能提升最明显的区域是,在水平压力为主的应力场中,拱顶空洞回填后,承受弯矩减少达76%,在竖向压力为主的应力场中,右侧边墙空洞回填后,承受弯矩减少达71%。     

三线铁路预应力连续梁桥列车-桥梁时变系统空间振动分析

在列车-桥梁时变系统横向振动能量随机分析理论的基础上,采用26个自由度的列车空间振动模型,以考虑箱梁翘曲影响的空间梁单元模拟桥梁结构,建立多线铁路箱梁桥列车-桥梁时变系统空间振动分析模型,分别以构架人工蛇行波及前苏联规律性的竖向不平顺函数为横向及蛏向激振源,计算列车以不同车速通过桥梁的空间振动响应,并对该大桥的竖向横向刚度做出评价。研究结果表明：在各种不同列车、不同行车情况下,列车走行舒适性均在“良好”标准以上;该桥具有足够的横向（横向位移为6．36mm）和竖向刚度（竖向位移为131．25mm）。     

竖向荷载作用下悬索桥纵向变位特征与机理

为揭示竖向荷载作用下悬索桥纵向变位特征与机理,以主缆变形理论为基础研究了其竖向荷载下的变位特征,并得出了其竖向及纵向位移解析解;在此基础上,分析了竖向荷载作用下传统悬索桥和设有中央扣悬索桥的纵向变位特征及加劲梁纵向位移,揭示了中央扣纵向约束机制,并分别推导了加劲梁在竖向荷载下的纵向位移计算公式;最后,通过算例分析验证所提位移计算公式计算精度. 结果表明：由于主缆的几何非线性特征,竖向位移与纵向位移相互耦合,在非对称竖向荷载作用下,主缆发生非同步纵向位移,而加劲梁主要以类似“摆锤体”发生刚体的纵向位移;跨中处主缆、加劲梁及中央扣因中央扣的存在形成一个“刚域”区,从而导致加劲梁纵向位移减小;所提计算方法与有限元数值解法在不同竖向荷载工况下吻合良好.     

高速道岔辙叉区动力响应仿真分析

通过建立列车过岔有限元模型,运用动力学原理,研究移动荷载作用不同轨下刚度和列车速度在道岔辙叉区对轨道振动特性的影响。分析了心轨尖端、心轨根端及辙叉区共用垫板中心等特殊部位处的轨道振动特性。计算表明列车速度的变化对钢轨最大竖向加速度和岔枕最大竖向加速度的影响较大,而辙叉区轨下刚度的变化对钢轨最大竖向加速度、岔枕最大竖向位移及岔枕最大竖向加速度有较大的影响。     

引水隧洞临近既有客运专线隧道爆破施工振动影响及对策

根据兰州市水源地建设工程输水主洞邻近既有兰新客运专线施工的工程实例,结合数值计算及以往施工经验,对引水隧洞邻近既有客专爆破施工影响进行研究,得出引水隧洞控制爆破范围,提出引水隧洞爆破施工时既有铁路运营线的处理措施,以确保既有铁路线和列车运营安全.     

地下等截面交叉洞室扩建衬砌拆除及支护方法

为确保存在应力集中交叉口区域、衬砌老旧失效且为素砼结构的地下深埋废弃洞室改造扩建数据中心之后继续稳定服役,依托贵阳市地下某等截面交叉洞室改扩建数据中心工程,通过有限元数值模拟、现场监测的方法研究不同衬砌拆除方案、不同支护体系施工的围岩位移、应力以及主钢拱架变形受力特征。结果表明:首先开挖三角交叉区域衬砌,再以三角区为界,左右对称拆除衬砌的素砼衬砌拆除方案对围岩影响最小;Y型主拱架的整体竖向位移以及内力均为最小,但拱架整体有向右侧偏移的趋势;结合上述结论,提出了一种“三角交叉区开挖,Y型主拱架先行,左右对称拆除,随拆随支接搭拱架”的衬砌拆除+支护一体化施工控制方法;数值模拟与现场监测变形趋势一致,斜长拱架拱脚钢拱架应变、围岩压力、混凝土应变最大,但皆满足工程支护要求。可见该方法满足数据中心的服役要求。     

双向隔震铁路桥梁与列车的耦合振动响应研究

为了研究铅芯橡胶双向隔震铁路桥梁在列车荷载作用下的动力性能,本文首先建立一座三跨隔震桥梁三维模型,然后对双向隔震铁路桥梁和列车组成的车桥系统耦合振动进行分析,研究其机理.结果表明,隔震桥梁在横桥向的隔震周期越大,桥梁梁体在列车荷载作用下横桥向位移越大,支座阻尼对桥梁梁体横桥向水平振动的衰减作用更加明显,对桥梁上部结构扭转角和竖向位移的影响可以忽略不计.桥梁横桥向的隔震周期的增大,使车体横摆、侧滚振动位移响应更加剧烈,对车体各个自由度的加速度响应影响可以忽略不计;隔震支座阻尼的增大对车体横摆、侧滚角、摇头角、沉浮和点头角位移响应以及对车体各自由度的加速度响应影响较小.     

设置双向隔震支座铁路桥梁的耦合振动响应

利用有限元软件ANSYS建立了一座三跨隔震桥梁三维模型,并利用Matlab编制双向隔震铁路桥梁和列车组成的车桥系统耦合振动分析程序,研究了铅芯橡胶双向隔震铁路桥梁在列车荷载作用下的动力性能.分析结果表明:隔震桥梁在横桥向的隔震周期越大,桥梁梁体在列车荷载作用下横桥向位移越大,而扭转角和竖向位移变化不明显;桥梁横桥向的隔震周期较大时,支座阻尼对列车作用引起的桥梁梁体横桥向水平振动的衰减作用更加明显;随着桥梁横桥向隔震周期的增大,车体横摆、侧滚振动位移响应显著;隔震支座阻尼对车体横摆、侧滚位移响应有一定的衰减作用;横桥向的隔震周期和隔震阻尼比的不同对车体摇头、沉浮和点头位移响应影响较小.     

有砟及无砟轨道结构对货物列车运行安全性的影响

基于列车-有砟及无砟轨道系统空间振动计算模型,采用列车脱轨能量随机分析方法,分别计算货物列车在有砟、无砟轨道上的脱轨全过程,得出2种车轨系统横向振动极限抗力作功及其动力响应,分析货物列车的运行安全性、2种车轨系统的空间振动特性。研究结果表明:与有砟轨道相比,无砟轨道的抗脱轨能力最大可提高45.9%,车速为90 km/h时无砟轨道上车体竖向Sperling平稳性指标、轮对横向力、轮轨竖向力分别减小73.5%,22.1%和27.3%;无砟轨道各部件横向位移、加速度均小于有砟轨道相应值,而钢轨竖向位移大于有砟轨道相应值,但由于无砟轨道竖向位移主要由扣件承担,导致钢轨传至道床板的竖向位移衰减75.3%;无砟轨道各部件竖向加速度均大于有砟轨道相应值,产生的振动、噪声对周围建筑影响更大。建议在重载铁路新线设计中优先采用无砟轨道,但应采取减振降噪措施。     

悬索桥静风扭转发散的影响因素研究

基于索-梁体系广义模型揭示了主缆系统刚度退化是导致大跨度悬索桥静风扭转发散的主要原因.研究了主缆和桥塔的变形对悬索桥刚度退化的影响.理论分析表明,主缆的竖向运动对系统的扭转刚度影响至关重要,当任何一条主缆向上的竖向位移足够大时,主缆将处于松弛状态,进而导致系统的扭转刚度急剧下降.因此,主缆竖向运动引起的刚度退化是大跨度悬索桥发生静风扭转发散的关键原因.本文的研究还表明主缆的侧向位移和两座桥塔塔顶之间沿桥轴方向的相对变位对主缆的刚度退化起延缓作用,从而提高临界竖向位移.此外,紊流对扭转发散的影响不容忽视,紊流明显降低了桥梁结构的静风扭转稳定性.本文的理论成果可以尝试性地解释西堠门大桥非线性有限元分析的数值结果.