大面积深基坑工程对高速铁路的影响性分析

研究目的:本文以某大面积深基坑为工程背景,该基坑邻近既有高速铁路桥梁及路基段,为确保施工期间铁路运营的安全性、降低施工风险,文中依据现行规范建立合理的高速铁路安全评估标准,经有限元模拟,分别对高速铁路路基及桥梁的沉降、相邻桥墩差异沉降、横向水平变形、纵向水平变形、轨道平顺性以及桥梁基础结构安全性等进行计算分析并给出合理的评价,从而确保基坑工程施工过程中高速铁路运营的安全性。研究结论:(1)高速铁路路基、桥梁叠加初始设计值后,各施工阶段的累积沉降值满足规范中15 mm、20 mm的限值要求;(2)高速铁路桥梁叠加初始设计值后的累积差异沉降满足规范中4 mm的限值要求;(3)叠加初始设计值后,各施工阶段横向水平变形均小于规范限值15.75 mm,纵向水平变形均小于规范限值28.06 mm;(4)在整个施工过程中,正线桥梁单桩承载力值均满足单桩容许承载力要求;(5)该研究成果可为邻近高速铁路的深基坑开挖等类似工程领域提供借鉴。     

高速铁路箱式路基沉降限值研究

为了解决低墩桥梁造价高,传统路基填料耗费多、占地面积大等难题,提出新型“箱式路基”结构。然而在高速铁路运营过程中地基不可避免会发生不均匀沉降,影响箱式路基服役性能和列车的安全运行。为确定新型箱式路基结构的沉降限值,从轨道结构受力变形和列车走行性2方面研究了地基沉降对箱式路基静、动力学特性的影响。考虑有砟和无砟2种轨道形式,根据箱式路基结构特点确定了错台、折角、对折和横向错位4种沉降类型;通过建立轨道-箱式路基非线性有限元模型,分析了不同沉降类型和沉降幅值下的扣件竖向力和10 m弦长矢度值;建立列车-轨道-箱式路基耦合动力学模型,采用联合仿真方法分析了不同沉降类型、不同沉降幅值和不同行车速度下的列车动力响应;综合静力、动力计算结果并结合规范得出了箱式路基沉降限值。研究结果表明,对于有砟轨道-箱式路基结构,除350 km/h错台沉降工况下的沉降限值由动力指标中的轮重减载率控制外,其他工况下的沉降限值均由静力指标中的10 m弦长矢度值控制;对于无砟轨道-箱式路基结构,其沉降限值不受动力指标控制,错台、横向错位沉降限值由扣件竖向力控制,折角、对折沉降限值由10 m弦长矢度值控制。有砟轨道-箱式...     

桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力特性的影响

桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统的动力学特性具有重要的影响,直接关系到桥上列车的行车安全性和运行平稳性。基于列车—轨道—桥梁动力相互作用理论,以高速铁路常用的简支箱梁桥和双块式无砟轨道为研究对象,采用列车—轨道—桥梁动力学仿真通用软件TTBSIM2.0,研究桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力性能的影响规律。结果表明:当桥梁梁体的刚度或者桥墩的横向刚度不足时,车辆和桥梁的相关动力性能指标将随着刚度的减少而急剧增大,严重影响列车过桥时的安全性和平稳性;当梁体垂向刚度不足时,有可能会引发车桥共振现象;当桥梁结构刚度满足设计规范要求时,车桥系统动力响应指标随刚度变化不明显,此时行车速度和轨道不平顺成为影响行车安全性和平稳性的主要因素。     

盾构隧道下穿高速铁路有砟轨道路基不均匀沉降分析

采用多体动力学仿真软件建立车辆-轨道系统模型,分析盾构隧道穿越高速铁路有砟轨道引起路基不均匀沉降对车辆-轨道系统动力响应的影响规律。结果表明：(1)列车速度为300 km/h,当盾构隧道穿越引起路基不均匀沉降波长为15 m,波幅大于25 mm时轮重减载率超过0.6的限值,波幅大于32 mm时车体最大竖向加速度超过0.13 g的限值;(2)当盾构隧道穿越路基引起不均匀沉降波幅为25 mm,波长小于15 m时,轮重减载率超过0.6的限值,车体竖向加速度随着波长的增加先增大后减小,但均未超过0.13g的限值;(3)当盾构隧道穿越路基引起不均匀沉降波幅为25 mm,波长为15 m,轮重减载率随着列车运行速度的提高而增大,运行速度超过300 km/h时轮重减载率达到0.6的限值,车体竖向加速度随着列车运行速度的增加变化较小,但均未超过0.13g的限值。     

考虑轨道静态变位的简支梁竖向刚度限值研究

研究目的:高速铁路桥梁在徐变、温度、桥墩沉降等作用下会发生多种静态变位,进而影响轨道平顺性与列车走行舒适性和安全性。本文将桥梁静态变位与列车活载下的动态变形统筹考虑以获取简支梁竖向刚度限值,使得列车在一定轨道静态变位的简支梁上具有优良的走行性。研究结论:(1)小于活载挠度的初始桥梁上拱对列车走行性有利,而初始下挠、桥墩不均匀沉降、轨面随机不平顺及过大的初始上拱均为不利因素;(2)规范在桥梁刚度的限值上留有一定富余度,跨度越短、车速越高则对桥梁静态变位的要求越严格;(3)设计时可在预测桥梁静态变位的基础上合理选择桥梁刚度,养护时则可根据当前桥梁的实际刚度和静态变位组合采取整治措施;(4)本研究成果可为铁路桥梁刚度设计、运营维护及规范修订提供参考。     

桥墩横向变位和基础刚度变化对高速铁路行车安全性的影响

以高速铁路32 m多跨简支箱梁为研究对象,采用车桥耦合动力求解方法分析了桥墩横向变位和基础刚度变化对行车安全性的影响。结果表明,墩顶横向变位的安全限值为40 mm,桥墩单独发生变位对行车安全性的影响小于多墩横向变位。跨中横向振幅和墩顶横向振幅随车速的变化具有一定随机性,采用限制车速的方法可有效提高列车运行安全性。桥梁运营安全性指标相较于列车运行安全性指标更加敏感,高速铁路桥梁刚度储备较大,桥墩、梁体、支座等其他构件会减小局部损伤对行车安全性的影响,在日常检查中需重点关注基础局部较大病害。     

高速铁路大高差桥墩竖向温度变形对行车舒适性和安全性影响研究

墩顶竖向变形是高速铁路桥梁安全的重要参数之一。在温度效应下,相邻桥墩高差较大时,桥梁会出现竖向变位差,造成轨道不平顺,这将影响高速铁路的舒适性和安全性。目前国内各类规范对桥墩竖向变形的限值规定不尽相同,为了研究大高差桥墩顶竖向变形的温度效应影响,以合福高铁巷坑大桥为例,对大高差桥墩在温度效应下的墩顶竖向变形进行现场测量,将测量和计算结果同各类规范进行对比,进一步对考虑温度效应时车辆通过桥梁结构时耦合响应进行仿真分析,结果表明:巷坑大桥桥墩顶竖向变形差超过规范限值,但车辆通行时的舒适性和安全性均能满足规范要求,车辆走行性偏于安全,合福高铁通车至今该桥一直运营正常。综上所述,现行规范对大跨度桥梁桥墩的变形指标要求偏严,特殊情况下无法满足规范要求时,建议参考公式,适当放松验收指标。本研究对突破规范限制,在大跨度桥梁铺设无砟轨道具有重要的意义。     

城市轨道交通桥梁线形变化对列车运行性能的影响

以城市轨道交通高架桥梁为研究对象,基于多体动力学和有限元方法构建车-桥系统联合仿真平台,分析桥梁线形变化对列车运行性能的影响。研究结果表明:桥墩发生沉降后,列车在未沉降区车体竖向加速度和轮重减载率与未发生沉降时相近,列车经过沉降区时车体加速度和轮重减载率均明显增大,且在沉降墩处出现最大值,车体加速度和轮重减载率均随沉降量及车速的增大而增大;主梁发生下挠或上拱变形时,列车的车体加速度和轮重减载率均明显增大,与上拱相比,下挠对列车的动力特性更加不利,车体加速度和轮重减载率均随主梁变形量及车速的增大而增大;城市轨道交通车辆以低于120 km/h速度通过30 m跨高架桥时,桥墩沉降的运营舒适性限值为47 mm,行车安全性限值为63 mm;主梁下挠的运营舒适性限值为19 mm,行车安全性限值为32 mm;主梁上拱的运营舒适性限值为24 mm,行车安全性限值为35 mm。     

温度梯度作用下高速铁路桥上行车安全性研究

研究目的:为研究温度梯度作用对高速铁路行车安全性的影响,以徐兰高速铁路郑徐段为背景,采用ABAQUS建立四跨32. 6 m高速铁路简支梁桥及CRTSⅢ型无砟轨道有限元模型,分析不同温度梯度作用下钢轨附加变形的变化规律。在此基础上,将含钢轨附加变形的桥梁-轨道结构有限元模型导入多体动力学软件SIMPACK中进行车桥耦合动力仿真分析,探讨各工况下车辆响应的变化规律和行车安全性。研究结论:(1)温度引起的钢轨横向和竖向附加变形均随着温度梯度幅值的增大而增大;(2)竖向温度梯度作用主要引起钢轨竖向几何形状变化,对横向的几何形位影响较小;横向温度梯度作用主要引起钢轨轨距的变化;(3)所考虑工况中,温度梯度幅值越大,车体竖向加速度峰值越大,变化的幅度也越大,但都满足规范要求;(4)轮轨垂向力以及轮重减载率与温度梯度幅值的相关性不明显;(5)本研究成果可为高速铁路设计、桥上列车行车安全性评估提供参考。     

CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究

基于列车—轨道耦合动力学理论,考虑无砟轨道各部件间及无砟轨道与路基间接触状态非线性,建立列车—板式无砟轨道—路基三维非线性有限元耦合动力学模型,进行自重荷载、轨道中长波随机不平顺、轨道短波随机不平顺、路基不均匀沉降荷载、无砟轨道板温度梯度荷载共同作用下,高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基不均匀沉降限值研究。结果表明:无砟轨道板温度梯度荷载对无砟轨道各部件受力均有较明显的影响,因此在进行无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究时有必要同时考虑无砟轨道板温度梯度荷载的影响;路基上CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路的路基不均匀沉降限值由底座板疲劳破坏控制,路基不均匀沉降幅值达到7mm时无砟轨道底座板的最大拉力达到疲劳破坏限值1.674MPa,因此建议高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基的不均匀沉降限值为7mm/20m。     

考虑温度变形的大跨度拱桥行车动力响应分析

研究目的:为研究温度作用下大跨度拱桥轨道静态平顺性,以及轨道温度变形对行车动力响应的影响,以目前世界最大跨度的钢箱提篮拱桥南广高速铁路西江桥为研究对象,基于梁轨相互作用模型计算温度变形下轨道静态高低不平顺校核值,并与轨道静态不平顺验收指标进行对比;将温度作用引起的轨道变形叠加到轨道不平顺样本中,利用自主开发的TRBF-DYNA软件开展高速铁路大跨度拱桥车-桥耦合振动及列车走行性分析。研究结论:(1)温度作用下桥面会发生较大竖向变形,导致钢轨变形300 m弦长高低不平顺指标超过轨道静态验收标准;(2)考虑温度变形后,桥梁动力响应及列车行车安全性指标和乘坐舒适度指标变化幅度不大,且均满足现行规范要求;(3)建议大跨度桥梁轨道变形静态验收时,以竖曲线半径指标替代300 m弦长验收指标,并辅以车桥耦合动力响应分析进行综合判断;(4)本研究成果可为完善大跨度桥上轨道变形验收指标提供参考。     

高速铁路桥墩沉降与无砟轨道底座板脱空区域的映射关系

铁路桥梁是高速铁路系统中的重要组成部分,其健康状况对车辆运营安全具有重大影响.桥墩沉降会引起无砟轨道底座板产生脱空区域,给列车安全运行埋下隐患.分析桥梁上纵连板式无砟轨道底座板随桥墩沉降产生脱空区域的机理,推导桥墩沉降量与底座板脱空区域映射关系的解析表达式,计算底座板随桥墩沉降的位移曲线,并与有限元模型结果进行对比,最...     

CRTSⅡ型板式无砟轨道路涵过渡段的优化设计研究

研究目的:以京沪高铁廊坊段CRTSⅡ型板式无砟轨道路涵过渡段为背景,采用Abaqus数值分析软件建立车辆-轨道-过渡段动力系统耦合模型,研究不同因素对列车通过路涵过渡段时运行安全性及平稳性的影响。根据极差和方差分析方法,确定影响列车运行安全性及平稳性的因素重要性次序,提出高速铁路路涵过渡段最佳设计方案。研究结论:(1)以横向力或线路横向稳定性系数为试验指标优化时,过渡段方式为第一影响因素;以车轮脱轨系数、轮重减载率或Sperling舒适度指标为试验指标优化时,行车速度为第一影响因素;以垂向加速度为试验指标优化时,填土厚度为第一影响因素;(2)建议在路涵过渡段设计时采用倒梯形过渡、过渡段长度25 m、涵洞跨径2 m、填土厚度4 m、行车速度330 km/h的方案,能使列车运行安全性及平稳性达到最优状态;(3)该研究成果可为其他高速铁路路涵过渡段的设计提供借鉴。     

大跨度刚构拱桥铺设无砟轨道适应性研究

研究目的:大跨度桥梁铺设无砟轨道已成为我国扩大无砟轨道应用范围的一大技术难题,本文以崔家营汉江特大桥主桥为工程实例,结合桥梁变形曲线及车桥耦合动力响应分析结果,提出大跨度桥梁铺设无砟轨道技术难点、技术要求以及评价指标,并得出相应的分析结果。研究结论:(1)崔家营汉江特大桥(135+2×300+135) m混凝土刚构拱竖向变形、曲率半径、竖向残余徐变变形、梁端变形、墩台沉降值均满足要求;(2)高速列车作用下桥梁动力响应均满足要求,具有良好的动力特性及列车走行性,安全性和乘坐舒适性均满足要求;(3)温度和徐变作用下竖向变形属于多波不平顺,300 m弦高低不平顺已超出规范允许值;(4)本研究成果可为今后类似大跨度桥梁铺设无砟轨道适应性分析提供参考。     

日温下高铁桥墩位移与钢轨变形的映射关系

研究目的:日照温度作用下,桥梁墩身向阳和背阳侧产生温差,从而导致墩顶发生横向位移,进而引起梁体、轨道横向偏移,最终使桥上钢轨产生横向不平顺。为指导桥墩设计和轨道养护维修,本文以高速铁路双块式无砟轨道-简支梁桥为研究对象,采用单位载荷法,分析墩顶横向位移与温差、墩高、墩宽的关系;基于线-桥-墩相互作用原理,推导墩顶横向位移与钢轨变形的映射关系,并提出相应的解析表达式。研究结论:(1)日照温度作用下桥墩墩顶位移与截面方向温差和墩身高度平方成正比,与其截面横向宽度成反比;(2)钢轨随桥墩墩顶横向移动产生的变形与其横向位移成正比,并与扣件间距、钢轨横向抗弯刚度等参数有关;(3)基于墩顶横向位移和钢轨变形之间映射关系的解析表达式,可以根据墩高、墩宽、桥墩温度差等参数,十分方便地得到钢轨横向变形曲线,对于指导桥墩设计和轨道养护维修具有参考价值;(4)本研究成果对于研究桥上其他单元式无砟轨道桥墩横向位移与钢轨变形的映射关系具有参考价值。     

无砟轨道简支梁桥墩纵向刚度限值研究

研究目的:桥墩纵向刚度合理限值是铁路桥梁设计和轨道设计的关键参数,本文考虑桥上板式无砟轨道多层结构间的非线性相互作用关系,建立简支梁桥-无砟轨道-无缝线路空间耦合模型,分析桥墩纵向刚度对不同跨度简支梁桥上无砟轨道无缝线路纵向力学特性的影响,提出不同跨度简支梁桥的桥墩纵向刚度合理限值。研究结论:(1)简支梁跨度L≤64 m时,桥墩纵向刚度的控制指标为梁轨相对位移值;跨度超过64 m后,钢轨强度成为桥墩纵向刚度的控制指标;(2)铺设常阻力扣件时,32 m、48 m、64 m、80 m和96 m简支梁桥墩纵向刚度限值分别为210 k N/cm、500 k N/cm、700 k N/cm、1 500 k N/cm和2 000 k N/cm;(3)综合考虑结构安全性和工程经济性,对于80 m和96 m简支梁桥,可通过全桥铺设小阻力扣件来大幅度降低桥墩纵向刚度;(4)本研究成果可用于指导无砟轨道简支梁桥的桥墩设计。     

高速铁路主跨320 m钢-混部分斜拉桥无砟轨道适应性研究

南玉高铁六景郁江特大桥设计将钢-混部分斜拉桥结构引入时速350 km高速铁路领域,而300 m级以上大跨度桥上无砟轨道的竖向变形极易超限,影响列车通过的安全性和舒适性,因此,系统研究在此大跨桥梁结构上铺设无砟轨道的适应性十分必要。通过建立有限元及动力学模型,分析不同组合工况下无砟轨道结构的变形特点及动力特性,运用60 m弦测法探究各工况下无砟轨道的线形变化规律,从而确定大跨度钢-混部分斜拉桥铺设无砟轨道的适应性,并对设计和施工提出合理化建议。主要结论如下：在各种不利组合荷载作用下,桥上无砟轨道结构强度满足规范要求,列车通过大桥的各项安全性与舒适性指标均满足规范要求;混凝土收缩徐变和斜拉索升降温是影响无砟轨道线形标准的两大主因,应在无砟轨道施工前确保足够的沉降观测期和收缩徐变释放期,并充分考虑拉索的保温设计;在温度组合荷载作用下,桥上无砟轨道的60 m弦测不平顺幅值为6.79 mm,满足高速铁路静态验收标准;但在叠加列车荷载和收缩徐变后,变形弦测值均出现Ⅱ级及以上超限,通过合理设置预拱度后可有效改善轨道平顺性标准。     

石济客专桥梁下穿京沪高铁沉降影响分析

研究目的:邻近既有铁路桥梁修建新的建筑物,由于建筑物的基础对土层应力会产生附加应力,不可避免引起既有铁路桥梁基础发生变形.新建石家庄至济南客运专线济南西联络线特大桥下穿京沪高速铁路黄河南引桥,京沪高速铁路采用无砟轨道,为确保列车的运营安全,对轨下桥梁结构的沉降要求非常严格,需要对下穿方案引起京沪高速铁路桥梁沉降进行分析.本文石济客专下穿桥梁桥墩分别按实体墩和框架墩两种结构方案,采用Plaxis三维有限元程序对京沪高速铁路桥梁沉降影响进行分析,以确定影响最小的结构方案,稳定线路走向.研究结论:分析结果表明:(1)考虑新建桥梁引起的基础附加沉降,既有京沪高速铁路桥梁相邻墩最大不均匀沉降实体墩方案最大3.2 mm,框架墩4.3 mm,均在规定的5 mm以内,下穿方案可行;(2)实体墩方案影响最小,推荐石济客专桥梁采用实体墩方案;(3)适当延长新建桥梁的桩基础长度,可以进一步降低对既有高速铁路桥梁沉降的影响;(4)理论计算结果与实际会有一定的差异,对于下穿高速铁路的工程,应建立完善的监测方案和监测方法,并制定监测控制指标和预警值,确保工程实施中和实施后高速铁路运营的安全.     

高速铁路大跨连续刚构柔性拱组合桥梁设计

研究目的:以商合杭铁路淮河特大桥(112+228+112) m连续刚构-柔性拱桥为工程背景,研究大跨连续刚构-柔性拱桥的总体及构造、拱肋及吊杆的受力、大跨刚构体系桥梁主墩的受力、桥梁变形对铺设无砟轨道的适应性、车桥耦合动力分析等,系统研究和总结大跨连续刚构-柔性拱桥特点,为大跨度连续刚构-柔性拱桥在高速铁路中的应用提供参考和借鉴。研究结论:(1)连续刚构-柔性拱桥刚度大,受力性能和经济性能优良;(2)通过优化纵向预应力钢束布置并在柔性拱的辅助作用下,能够控制主梁的徐变位移,为无砟轨道的铺设创造良好条件;(3)在考虑主梁徐变、温度等各种位移工况下的主梁附加不平顺后,车桥耦合动力响应分析表明桥梁能够满足列车高速行车的安全性和乘坐舒适性要求;(4)本研究成果可应用于高速铁路大跨度无砟轨道桥梁设计。     

列车-轨道(桥梁)系统横向振动稳定性分析

论证列车脱轨力学机理是列车-轨道(桥梁)系统横向振动丧失稳定。基于系统运动稳定性能量增量分析方法,提出列车-轨道(桥梁)系统横向振动稳定性分析的能量增量判别准则:当列车-轨道(桥梁)系统横向振动极限抗力做功增量大于系统横向振动最大输入能量增量时,横向振动状态稳定;反之,系统横向振动状态不稳定;二者相等时,横向振动状态处于失稳临界状态。基于上述准则,提出系统横向振动失稳临界车速与容许极限车速分析方法,并结合实例证明方法的可行性。采用上述方法得到高速铁路板式无砟轨道列车失稳临界车速为607.5km/h,容许极限车速为486km/h,证明我国高速铁路运行安全度较高。