高速铁路路基基床动力响应的试验研究

随着高速、重载铁路的发展,路基基床的动力响应已经成为高速铁路设计中主要考虑的问题。通过无砟轨道模型试验和有砟轨道循环加载试验,研究了动态参数在路基基床内的分布特征,并将试验结果进行归一化处理后,对两种轨道结构(有砟和无砟)基床的动态响应进行了对比分析。研究表明：沿路基横断面方向,两种轨道结构的动应力和动变形都呈马鞍形分布,无砟轨道的分布更均匀;沿基床深度方向,与无砟轨道相比较,有砟轨道动应力沿深度衰减较快,而动变形衰减较慢。采用 Odemark 理论和弹性理论计算两种轨道结构路基的动应力,其中有砟轨道的轨枕长度要取有效长度,无砟轨道基础板底面动应力简化为沿横向均匀分布,沿纵向三角形分布,所得计算值和实测值都很接近。     

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。     

路基上无砟轨道基床反力系数取值的探讨

在使用温克勒地基模型对土质路基无砟轨道进行内力分析与结构设计时,基床反力系数K是最为重要的参数,其取值正确与否直接影响到计算结果的准确性.基床反力系数K的数值不仅与土体性质有关,而且与加载速度、荷载面积大小、荷载形状及沉降量大小等因素有关.在介绍土质路基无砟轨道基床反力系数特点与取值方法的基础上,采用有限元方法对板式轨道结构进行了分析,并探讨了不同K值对轨道结构内力的影响.计算结果表明:无砟轨道基础板内力随基床反力系数的增大而减小,尤其是当K<100 MPa/m时变化剧烈,若K取值偏大,则可能造成无砟轨道基础板配筋率不足等问题,因此对无砟轨道结构进行数值分析时应慎重、准确地选取K值.     

高速铁路板式无砟轨道-路基结构动力特性研究

针对列车走行的实际情况,将板式无砟轨道-路基作为参振子结构纳入车辆计算模型,建立包含车辆、钢轨、板式轨道和路基为一体的二系垂向耦合动力分析模型,分析列车速度对车辆运行品质、系统动位移以及动应力的影响。结果表明:车体加速度、动轮载和轮重减载率均随车速的提高而增大,呈线性分布,当列车高速通过无砟轨道-路基结构时,列车运行的安全性和舒适度指标都能满足要求;系统动位移受速度影响较小;轨道板易发生疲劳破坏,需采用双层、双向配筋;路基面动应力随速度的提高而增大,但数值比有砟轨道的小;路基动应力沿路基深度方向衰减较慢,在基床表面下3 m处,动应力只有基面的25%左右;无砟轨道的基床加速度远小于有砟轨道的加速度值,表明无砟轨道结构可以有效地改善列车荷载对路基基床的振动作用。     

高速铁路路基动力响应特性

结合高速铁路路基基床动力响应现场实测与有限元计算,分析了无砟轨道路基动应力、动变形和振动加速度的幅值特征及变化规律,揭示了列车荷载作用下基床内应力、应变的分布规律。研究结果表明:轨道路基基床动应力范围为11~16 k Pa,随车速变化不明显,随轴重增大而增加,每1 t轴重产生动应力约为1.02 k Pa;无砟轨道路基基床表面动应力分布范围较大且相对均匀,动应力随深度衰减较缓慢;无砟轨道路基动变形较小,随着路基刚度的增大动变形减小且分布较均匀,路基对线路整体刚度影响不大;无砟轨道路基振动加速度一般不大于10 m/s2,振动主频100~500 Hz。     

武广高铁红黏土路堑基床动响应现场测试与分析

研究目的:路基基床承受列车和轨道荷载,必须具有足够的强度和稳定性.随着列车速度不断提高,对路堑基床在高速列车动载作用下的力学响应进行现场测试分析,对于正确的进行高速铁路路基设计具有重要的指导意义.研究结论:通过动响应现场实测,研究了时速300～350 km的机车通过武广高铁红黏土路堑基床时的动响应规律.分析了不同方向列车行驶条件下,振动速度、振动加速度、动应变、动应力沿基床横向、深度方向的分布规律.分析表明:竖向测试断面上振动速度、振动加速度、动应变、动应力等动响应参数均随深度增大而衰减;横向测试断面上,右线车作用下基床动响应近似呈倒“V”字形变化,左线车作用下随水平距离的增大而减小.与有砟轨道基床动响应测试成果对比表明:同等条件下,无砟轨道基床动响应小于有砟轨道,且无砟轨道下动响应衰减速率慢,影响深度大,因此建议高速铁路无砟轨道基床厚度取5.0m左右.研究结果对其它高速铁路的建设有重要的借鉴作用.     

现代有轨电车无砟轨道的路基设计探讨

现代有轨电车无砟轨道路基与传统的有砟轨道路基、客运专线无砟轨道路基相比,有一定的差别。结合工程设计经验,从路基面、基床厚度及填料要求、沉降要求、排水方面对现代有轨电车路基设计进行分析与论述,对无砟轨道路基结构进行计算分析,量化基床厚度、基床表层厚度、基床底层厚等技术指标,可为其他新建有轨电车工程设计提供参考。     

翻浆状态下无砟轨道路基动力响应特征模型试验研究

高速铁路无砟轨道基床翻浆是一种特殊的路基新型病害,影响高速铁路运营的舒适性和安全性,为分析无砟轨道路基基床翻浆对路基动力响应特征的影响,开展无砟轨道-路基基床大比例模型试验。试验结果表明:基床翻浆状态时,在动荷载下底座板对基床表层产生瞬态碰撞,使得基床表层土动压力随动荷载加载次数的增大而逐渐增大,沿深度衰减速率变快;基床翻浆改变了基床表层与底座板之间的动力传递特性,竖向振动加速度比值增大了1. 95倍以上,动位移比值增大了4. 56倍以上,振动响应从底座板传递至基床表层衰减梯度增大;基床表层翻浆不断恶化,会降低基床表层对底座板的支承能力,致使无砟轨道-路基基床动力响应加剧。     

不均匀沉降对无砟轨道路基动力特性的影响

为探讨不均匀沉降对高速铁路无砟轨道路基动力特性的影响,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道-路基系统的三维动力有限元模型,计算并对比分析有病害和无病害条件下路基的竖向动应力、动位移及振动加速度在空间上的分布规律,结果表明路基不均匀沉降导致无砟轨道路基的动力响应幅值及其空间分布规律发生明显的改变,且主要集中在支承层宽度范围、路基面以下0~1.5m深度内。由不均匀沉降引起路基动应力幅值可达100kPa,为无病害路基的3倍以上,动加速度幅值为无病害路基的2倍以上,在列车循环荷载作用下沉降区域将加速扩大,对路基产生非常不利的影响。     

遂渝线无砟轨道道岔区基床动力测试研究

无砟轨道道岔区基床的动力学特性是无砟轨道研究的一项重点和难点。通过遂渝线无砟轨道道岔区试验段的现场实车测试，分析了不同车型、不同车速、正线和侧向行车条件下整个道岔区基床表面不同位置处的动应力、动位移和加速度特征，为进一步完善道岔区无砟轨道设计提供了重要依据。     

遂渝铁路无碴轨道桩板结构路基大比例动态模型试验研究

土质路基上的无碴轨道在国外高速铁路上已得到广泛应用,而在我国却处于刚起步阶段。桩板结构路基是土质路基上无碴轨道的一种新型结构形式,其设计及计算还不成熟。在遂渝铁路土质路基上无碴轨道综合试验段桩板结构设计方案的基础上,对此类结构进行大比例动态模型试验研究,希望为此类结构的设计及工程应用提供参考。     

路基不均匀沉降对列车-路基上无砟轨道耦合系统动力特性的影响

基于列车—轨道耦合动力学理论,建立能够考虑无砟轨道-路基系统各部件间接触状态非线性的列车-路基上板式无砟轨道三维有限元耦合动力学模型,并对建立的三维非线性有限元耦合动力学模型进行相应的程序验证。运用建立的耦合动力学模型,对列车在路基上无砟轨道线路上高速行驶时,在路基不均匀沉降作用下,列车-路基上无砟轨道耦合系统动力特性进行研究。研究结果表明:(1)路基不均匀沉降对车体振动加速度影响极大,路基不均匀沉降对车体振动加速度的影响与无砟轨道类型关系不大;(2)路基不均匀沉降对无砟轨道各部件动力特性有一定的影响,影响小于对车体振动加速度的影响,路基不均匀沉降对无砟轨道各部件动力特性的影响与无砟轨道类型有一定的关系,总体来讲,路基不均匀沉降对I型板式无砟轨道动力特性的影响要大于对双块式及Ⅱ型板式无砟轨道的影响。     

路基区段双块式无砟轨道基础上拱整治技术对策

针对路基区段双块式无砟轨道基础上拱问题,通过典型基础上拱工点调研、有限元计算分析、工程实践应用,对高速铁路路基区段双块式无砟轨道基础上拱整治技术进行研究。研究结果表明:路基区段双块式无砟轨道基础上拱病害可以通过切割承轨台、切割支承层及暗挖基床技术进行整治;切割承轨台整治措施工程量小,但调整量也较小,适用于局部上拱且需应急整治的工况;支承层减薄会使得列车荷载下的结构应力集中明显,垂向压应力增加,且调整量有限,适用于变形稳定的上拱区段整治;暗挖基床整治措施工艺较为成熟,可多次作业,能根本上消除填料膨胀上拱,特别适用于基床及路基填土部分膨胀引起上拱的工点。形成的技术措施及经验可为不同线下基础高速铁路无砟轨道基础上拱整治提供借鉴。     

我国无砟轨道铁路路基技术的进步与发展

截止2019年,我国已建成高速铁路3.5万km,其中路基长度约1万km,涵盖我国由南到北、从东到西,除西藏地区外的不同气候、不同地貌、不同地形、不同地质区域。大规模的高速铁路建设,极大促进了我国无砟轨道铁路路基技术的进步与发展。本文梳理、总结了我国无砟轨道铁路路基取得的技术进步,主要体现在:(1)建立了一套无砟轨道铁路路基设计理论;(2)建立了路基与桥、隧等构筑物连接刚度协调匹配的技术体系;(3)创新了不同区域、复杂环境、特殊地质条件下的路基毫米级沉降变形控制技术;(4)创新了无砟轨道铁路路基稳定状态长期保持技术。同时,本文还探讨了无砟轨道铁路路基有待进一步研究的技术问题。     

无碴轨道路基关键技术探讨——以遂渝线无碴轨道综合试验段为例

研究目的:为适应我国客运专线建设的需要,铁道部组织开展了遂渝线无碴轨道综合试验,铁道第二勘察设计院联合西南交通大学等单位承担了遂渝线无碴轨道线下工程关键技术研究。研究方法:主要研究内容包括:(1)无碴轨道路基基床动力学特性试验研究;(2)地基沉降控制技术试验研究,其中重点研究桩-网结构路基和桩-板结构路基;(3)红层泥岩填料填筑无碴轨道路基适应性研究;(4)无碴轨道线下基础刚度匹配技术研究。本文结合遂渝线无碴轨道综合实验段路基工程试验研究和设计施工,就如何有效控制地基沉降、线下基础纵向刚度匹配、合理使用非良质填料三个客运专线无碴轨道路基关键技术问题进行探讨。研究结论:提出桩-网结构路基、桩-板结构路基适用条件及设计方法,提出路基面支承刚度及其设计应用,提出合理使用非良质填料的建议意见,并对客运专线无碴轨道路基设计、施工的关键问题进行了讨论。     

泥质粉砂岩化学改良土动力特性测试与分析

研究目的:在武广高速铁路设计中,首次将泥质粉砂岩全风化物化学改良土用作高速铁路路基本体填料。高速列车的平稳、安全运营,需要路基结构物提供沉降小、刚度大、动力特性稳定的轨下支撑系统。为研究泥质粉砂岩全风化物化学改良土路基的动力特性,在试验段中预埋设动测元件,CRH3动车以300 km/h以上速度行驶时,测试泥质粉砂岩全风化物化学改良土路基的动力特性。研究结论:试验段动态测试结果表明:在保证泥质粉砂岩全风化物化学改良土的无侧限抗压强度和压实度时,可以填筑高速铁路路基本体。其填筑的路基的动响应参数和A、B组填料填筑路基的动响应参数大小基本相当,整体动力特性稳定,和无砟轨道系统形成良好的动力特性匹配。     

基于车辆-轨道单元的无砟轨道动力特性有限元分析

根据CRTSⅡ型无砟轨道系统结构特点,建立列车-轨道-路基耦合系统动力分析模型,提出一种包含钢轨、扣件、轨下垫板、预制轨道板、CA砂浆层、混凝土支承层及路基的无砟轨道单元,并推导该单元刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。运用Lagrange方程建立高速列车通过时无砟轨道动力特性分析的有限元数值方程。结合实例,研究无砟轨道轨下垫板、CA砂浆层、路基等结构参数对轨道振动的影响,并对有砟轨道与无砟轨道连接段动力特性进行分析,分析时考虑列车速度、轨道基础刚度等影响因素。计算结果表明:无砟轨道结构参数合理取值与刚度合理匹配可显著提高轨道整体工作性能;连接段轨道基础刚度变化对钢轨垂向加速度和轮轨作用力均有影响,其影响随列车速度提高而增大;连接段采取轨道刚度渐变过渡措施,可明显降低车辆-轨道结构冲击振动,有效改善行车品质。