铁路隧道铺底结构动力响应分析

采用空间非线性动力有限元理论和准静态荷载法，以多雨地区铁路隧道易出现翻浆冒泥等病害现象的轨下铺底结构为研究对象，建立了铁路隧道铺底结构的动载计算模型。对列车振动冲击荷载作用下隧道铺底混凝土结构四种计算工况的动力响应进行了数值模拟，并与模型试验测试结果进行比较分析，得出了主要结论：隧道铺底结构的使用寿命是由铺底材料的抗弯强度控制；竖向应力动力系数随深度的增加逐渐衰减；衰减系数随铺底底面的深度增加而减小，同种工况中随速度的增加而减小。这些研究结果为深入了解列车动载对隧道基底结构破坏的影响程度，较彻底地解决隧道基底破损所产生的病害问题提供了参考。     

高速铁路富水黄土隧道隧底循环动载试验研究

在高速列车循环振动荷载作用下,隧道仰拱和仰拱底部地基土中垂直振动速度和土压力沿深度的传递与衰减规律,是隧道设计不可缺少的重要参数。对于洞身位于地下水位以下的隧道,还需要考虑水压力的影响。国内外尚未见到有关这些问题研究的任何报道。依托铁道部科技研究开发计划重大课题,首次在富水黄土隧道内进行了模拟高速列车振动效应的循环动载试验,获得了不同加载频率下隧底垂直振动速度和土压力沿深度的衰减规律、恒定加载频率下不同深度的土压力变化规律、仰拱底部超静水压与不同频率下加载次数的关系。研究成果为隧道仰拱厚度和填充材料的优化设计提供了可能,为类似条件下隧道的设计和施工提供了试验依据和技术支持。     

隧道仰拱底鼓机理及列车振动荷载影响研究

为研究列车振动荷载下隧道仰拱结构既有底鼓病害的扩展特性,探究列车动载对仰拱底鼓的放大效应,从围岩静载作用下仰拱底鼓的破坏模式出发,基于现场实测数据,利用动态扩展有限元模型,研究列车动载下各底鼓破坏模式的扩展规律及特性。结果表明:影响仰拱底鼓的主要原因有围岩静载、仰拱结构自身特征以及列车动载,仰拱底鼓模式主要有W型底鼓、LJ型底鼓以及H型底鼓。列车动载的加入改变了仰拱底鼓裂缝的扩展规律,缩短了裂缝贯通的时间,列车动载循环100次后裂缝贯通时间仅为围岩静载时的50%左右,循环10000次后裂缝贯通时间仅为围岩静载时的25%左右。围岩与仰拱间的接触压力斜率随着动载的加入而提高,提高的幅度与动载的循环次数正相关。     

客运专线富水黄土隧道隧底振动特性试验研究

当高速列车通过时,将导致隧道出现振动现象。在此条件下,修建于富水黄土地基上的隧道能否满足振动安全要求,是困扰郑州至西安客运专线建设的难题之一,国内外没有任何经验可借鉴。为解决该问题,开展了模拟高速列车振动效应的激振试验,得出了不同激振频率下的振动速度在隧道仰拱结构深度方向、仰拱填充面横向和纵向的变化规律,也得出了隧底富水黄土中振动速度的变化规律。试验结果表明,隧道结构和隧底黄土中的振动速度均不大。综合分析后可以判定,列车引起的振动不足以对隧道产生明显影响,富水黄土隧道满足客运专线运营要求。     

锚索式悬浮隧道断索动力响应及安全设计分析

针对锚索式悬浮隧道的结构特点，提出锚索突然失效作用下结构动力响应分析与安全设计的技术框架。采用ABAQUS有限元软件建立了断索发生前悬浮隧道在管体剩余浮力、锚索预张力作用下的初始状态；在有限元程序中进行了悬浮隧道跨中截面单根锚索骤断时的动力响应分析，得到了结构振动过程中的响应最大值以及断索后剩余结构的内力重分布形式，并分别采用动力放大系数、冲击系数评估了剩余结构承受的断索冲击效应。进而提出基于动力放大系数、冲击系数的结构响应简化分析方法，与动力计算结果进行了对比。结果表明：对部分锚索施加预张力，使得悬浮隧道恒载作用下初始受力状态更为合理；局部断索引起的结构振动非常明显，导致断索截面附近管体的较大变形；结构安全设计时，取动力放大系数为2.0对悬浮隧道管体位移、弯矩进行分析较为适用，取冲击系数为1.8预测断索过程中剩余锚索最大索力，安全储备更高。     

有碴道床注脂加固仰拱在神朔铁路蛇口峁隧道的应用探究

神朔铁路为有碴道床铁路,蛇口峁隧道位于黄羊城沟及新城川河的分水岭地段,为穿越蛇口峁隧道的越岭双线隧道,个长5804米,里程:K55+663～K61+467。隧道由铁十八局施工,于1989年9月开工,采用钻爆法施工,喷锚支护。1993年3月主体工程竣工。隧道于1996年7月起左线辅轨运营,运营中发现有拱部开裂,局部掉块、渗水及水沟断裂等病害现象,施工单位分别于1997年、1998年、2000年进行了整治。2001年针对仰拱下沉病害进行了拆换处理。2012年4月根据《神朔铁路蛇口峁隧道无损检测检测报告》以及工务部门日常现场调查收集的资料显示,隧底仰拱厚度普遍达不到设计厚度,严重地段厚度不到设计厚度的60%,仰拱下多处存在软夹层,仰拱破碎不密实或局部地段有空洞,大部分地段间含水层。其中K57+803～K57+809段中心水沟靠上行线路一侧破损,列车通过时基底往外冒水,中心水沟纵向断裂,左侧沿线路方向纵向裂缝宽约5毫米,空吊严重;K57+800～K57+810段基底下沉,最大下沉量30～40毫米左右等情况。经神朔铁路分公司专题会议研究决定,蛇口峁隧道K57+795～K57+815区段仰拱病害采用高效发泡树脂进行加固处理。国内首次在蛇口峁隧道有碴道床采用高效发泡树脂材料注胶加固仰拱及隧底。     

基岩软化条件下仰拱结构疲劳寿命的预测分析

由于隧道施工期间扰动及重载列车荷载的长期循环作用,造成底部基岩出现一定范围的软化和围岩力学参数降低,引起拱底围压的不均匀分布,并影响基底结构的疲劳寿命。通过引入重载列车振动荷载函数和Miner线性累积损伤理论,建立了考虑基底软化仰拱结构疲劳寿命的预测方法,研究列车振动荷载作用下基底软化因素对铁路隧道底部结构疲劳寿命的影响。计算结果表明:在基岩不同软化条件下,隧道底部结构动应力响应分布规律相似,隧道底部结构各部位动拉应力和动压应力增幅较大,仰拱结构疲劳寿命明显减小。隧道底部结构仰拱中心处出现拉应力最大值,仰拱与边墙连接处出现压应力最大值。在仰拱结构的应力计算结果的基础上,结合混凝土疲劳寿命原理,论述了基底软化条件下隧道底部结构疲劳寿命预测值。     

隧道整体道床病害成因及防治措施

随着铁路建规规模的不断扩大,整体道床结构普遍被应用于长大隧道设计中来,但也出现了较多质量病害,主要发现在整体道床出现翻浆冒泥现象。我单位承建的某铁路隧道在通车后不到一个月出现了整体道床翻浆冒泥现象。本文以该隧道为例分析了整体道床病害主要成因,并提出了一些预防措施及病害整治措施,供大家参考。     

随机车流作用下悬浮隧道车-隧耦合振动分析

悬浮隧道是面向未来交通设计的一种跨海结构物。为研究随机车流作用下水中悬浮隧道的车-隧耦合振动特性,基于不同车型、车间距和车速情况下的随机车流模型,分别采用蒙特卡洛法和有限单元法进行随机车流和悬浮隧道的理论建模。结合Morison方程和车辆位移协调关系,提出了车-隧耦合作用的分析单元,并对悬浮隧道车-隧耦合振动进行数值求解,通过统计分布的方法对计算结果进行讨论。计算结果表明：悬浮隧道在高流量的随机车流荷载作用下发生剧烈的车-隧耦合振动;悬浮隧道的L/4和L/2位置的加速度均方值a_rms服从正态分布的概率分布形式,且L/2位置受到更明显的随机车流荷载作用影响;降低断面锚索竖向刚度和增加锚索布置间距能够改善悬浮隧道的耦合振动竖向加速度幅值,但改善效果呈边际效应递减的趋势。     

轴向激励下悬浮隧道锚索参数振动分析

考虑悬浮隧道锚索的垂度,导出了锚索在轴向激励作用下的非线性振动方程,并采用伽辽金法和龙格-库塔法对典型悬浮隧道锚索进行了数值求解.研究表明,锚索的参数振动响应与水体的阻尼力,锚索的垂度,索端激励大小有关;锚索的内外直径比应综合各种因素进行选取;不考虑锚索垂度的计算结果较考虑垂度的计算结果小;由于水体阻尼力的作用,悬浮隧...     

琼州海峡铁路隧道方案初步比选分析

琼州海峡隧道的修建不仅能满足海峡客货运量和国防的需要,而且建成后将会对海南的经济发展起到巨大的拉动作用.琼州海峡隧道前期工作十分紧迫,研究工作量巨大,技术复杂,难度大,所需的时间较长.在研究琼州海峡的气象、水文、地质条件等的基础上,对桥隧方案及隧道线位方案进行了初步比选分析,认为琼州海峡跨海工程宜隧不宜桥,并且Ⅱ线隧道线位方案较优,在对Ⅱ线线位浅埋隧道和深埋隧道的比较后认为浅埋隧道采用盾构法施工的方案较优.由于公路隧道存在诸多技术难题,以及工程造价和运营成本都很高,因此,把铁路隧道方案作为首选方案是可行的,汽车可通过穿梭列车背负过隧道.     

重载铁路胶接绝缘接头处轨道振动特性

胶接绝缘接头是重载列车准确定位和区间信号传递的重要基础设施,但由于接头是线路的薄弱部分,易产生伤损病害导致轨道结构动态作用增大,为研究病害接头和新装接头对轨道结构的振动影响特征,在重载线路上进行了接头病害的静态测试调研和现场行车试验,分析了重载列车作用下病害接头和新接头对轨道结构振动传递、分布及频谱特征影响规律。结果表明,病害接头在长期动载作用下行车方向下侧钢轨出现了明显的低塌和钢轨硬弯病害。列车动载引起的轨道结构振动峰值分布具有随机性,整体上病害接头处钢轨振动峰值分布服从ln N分布,而新接头的服从N分布,两种接头处轨枕服从双峰分布。病害接头处轨道振动明显较新接头大。从反映冲击特性的峭度值来看,病害接头钢轨峭度值远大于3,存在较强冲击振动,而新接头处小于3,无冲击振动。车轮驶过接头轨缝,在迎轮侧钢轨病害接头会产生两次较大振动峰值,而新接头只有一次振动峰值。车轮动载会激发病害接头轨道结构高频振动,尤其在钢轨和道床中存在1 500 Hz以上的高频振动。随着车速的增大,接头处轨道结构振动相应增大,但各部位的增大趋势并不完全相同。     

武汉工程试验段路基基床表层级配碎石施工技术总结

客运专线铁路受行车速度的影响，对线下结构刚度、平顺性及耐久性均提出了较高的要求。路基是客运专线铁路所有线下结构中最为薄弱的区段，因此在客运专线铁路建设中，路基被正式确定为结构物。路基基床表层位于路基基床底层与无砟轨道之间，直接承受由无砟轨道传来的列车动载，对均布列车动应力、确保无砟轨道系统整体结构的耐久性以及列车运营的平顺性起着至关重襄的作用。     

路基注浆对高速铁路轨道-路基体系动力特性的影响

翻浆冒泥是多雨地区铁路路基的常见病害,土颗粒流失后导致道床脱空,影响列车安全运行.高聚物注浆是修复路基翻浆冒泥的有效手段,但注浆对轨道-路基体系动力特性的影响有待进一步研究.通过全比尺无砟轨道路基模型试验重现了列车运行荷载下路基的翻浆冒泥现象,开展了路基注浆驱水和填充加固试验,测定了正常路基、路基翻浆冒泥及注浆修复后等...     

圆筒形预应力结构锚索间距的确定方法

圆筒形预应力结构的锚索间距s和单束锚索张拉力P如设计不当,往往会导致预应力轴向分布不均匀,预应力施加过程中会出现环向裂缝。对单束锚索作用下结构内力M、Q、w、q的计算方法进行了简单分析,提出了确定锚索间距的弹性力学叠加公式,并根据工程实例对锚索作用的影响范围和内力变化规律进行了对比验证。结果表明,理论分析成果和现场实测结果是比较吻合的,二者相差不超过5%。提出的叠加公式可用于实际工程的计算分析。     

考虑扣件失效的地铁列车-轨道动态响应分析

轨道交通具有运载量大、次数多等优点，而这也给其结构的服役安全性带来一定挑战。轨道结构在长期运营后可能出现扣件松动、失效等情况，造成列车通过时的响应增大，影响其抗疲劳性能，甚至危及列车的运营安全性。为研究扣件失效对于地铁列车-轨道动态性能的影响，结合有限元方法和多体动力学方法建立地铁列车-轨道结构耦合动力学模型，采用已有文献结果对其进行对比验证，进而分析不同扣件失效数量及不同地铁列车速度作用下的钢轨动态响应。结果表明：该地铁列车-轨道结构耦合动力学模型的计算结果与现有文献吻合良好，模型的准确性得到验证；不同车速下，扣件失效数量的增加在一定程度上会增大钢轨加速度；钢轨横向位移最大值并非随车速增加而增大，而是随扣件失效数量的增加而增大；钢轨垂向位移最大值均随扣件失效数量的增加而增大，为保证地铁列车运行安全，须确保扣件失效数量不超过三个。     

基于嵌入式系统辙叉X-Y剖面测量仪的研究

一、研究背景辙叉一般由叉心、翼轨和联结零件组成,是使铁路列车车轮由一股钢轨越过另一股钢轨的设备。由于我国铁路高密度、大运量、大轴重、客货混跑的特殊运输条件,辙叉在使用过程中受到车轮巨大交变冲击载荷作用。在接触应力的作用下,轨顶面次表层不断产生层状剥落,最终导致辙叉磨损到限失效。而辙叉磨损病害是引起列车运行不平稳的重要原因之一,所以工务段需要定期检测辙叉,及时掌握辙叉磨损程度,消除安全隐患。目前,国内辙叉检测主要采用手工测量的方法,     

抗爆洞室预应力锚索受力特征试验

探索预应力自由式锚索抗爆加固效应及机理对提出预应力锚索抗爆洞室加固设计方法有着重要的意义。通过室内模型试验和数值模拟,研究了在集中装药爆炸波作用下预应力自由式锚索加固直墙圆拱式洞室围岩介质内应力波宏观变化特征和峰值应力衰减规律,分析了预应力锚索的索端张力变化特征和锚固段轴应变变化波形,结果表明设计参数合理的预应力自由式锚索可以实现较好的抗爆加固效果。采用显式动力分析程序得出的计算结果与试验数据的吻合性较好,进一步证实了模型参数和建模的有效性和正确性。     

风、列车作用下斜拉桥索-梁相关振动对拉索疲劳可靠性的影响

以实际大跨度斜拉桥为研究对象,研究了随机风、列车作用下发生的索-梁相关振动对拉索疲劳可靠性的影响。使用编制的动力有限元计算程序,建立了大跨度铁路斜拉桥全桥3维精细有限元模型,计算了斜拉桥全桥在风、列车动力作用下的振动响应,分析了全桥索-梁相关振动的特性。建立了列车交通荷载概率模型,根据桥位处风速统计数据资料建立了桥梁的风荷载概率模型,对拉索的应力谱进行了计算。依据损伤理论,使用Monte-Carlo方法开展了拉索在风、列车动力作用下的疲劳可靠度分析。研究结果表明:在斜拉桥日常运营状态中,风、列车作用下索-梁相关振动不会导致拉索共振,索-梁相关振动是拉索疲劳可靠性下降的主要原因;对于拉索在长期动力荷载下的疲劳失效概率,风场作用占比很小,列车作用占比较大;各个拉索的成桥状态索力影响了列车作用下的拉索应力幅,进一步影响了斜拉桥在长期动力作用下拉索的疲劳可靠性。     

基于红外线探测系统的热轮探测应用

随着铁路货物列车运输实施重载、提速战略,货车车辆制动机的作用愈发凸显。货物列车单列牵引总重增加以后,若编组中的某一车辆制动机缓解或制动性能失效,特别是出现基础制动别劲、制动阀故障等,不仅会浪费机车牵引力,还会导致车轮热裂、甚至崩轮事故的发生;相反,如果列车中制动失效车辆数量过多或关键位置车辆制动失效,会使整列车无法正常制动、停车,造成重大安全事故。因此,研制红外线车轮检测系统,对运行中的货物列车制动机状态自动进行实时监测非常重要。