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考虑温度变形的大跨度拱桥行车动力响应分析

铁道工程学报 2019年第3期36卷 26-31,44页

作者：朱志辉刘杰周智辉闫铭铭张磊何旭辉中南大学长沙410075 重载铁路工程结构教育部重点实验室长沙410075

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... 详细信息

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。

关键词：大跨度钢箱拱桥温度变形静态验收标准车-桥耦合振动动力响应

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列车振动荷载作用下有砟道床力学性能研究

铁道工程学报 2019年第11期36卷 23-29页

作者：曾志平叶梦旋宋善义王卫东王迪中南大学长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室长沙410075

研究目的:为探究有砟道床性能随列车荷载作用下的变化特征,进行现场原位试验并通过离散元分析软件PFC3D建立有砟道床模型,研究道砟竖向速度及沉降、轨枕与道砟振动加速度、道床阻力及枕下支承刚度的变化。研究结论:(1)记录了距轨枕底面0... 详细信息

研究目的:为探究有砟道床性能随列车荷载作用下的变化特征,进行现场原位试验并通过离散元分析软件PFC3D建立有砟道床模型,研究道砟竖向速度及沉降、轨枕与道砟振动加速度、道床阻力及枕下支承刚度的变化。研究结论:(1)记录了距轨枕底面0.1 m、0.2 m、0.3 m处道砟竖向速度(0.033 m/s、0.029 m/s、0.015 m/s)、沉降位移(3.1 mm、2.3 mm、1.5 mm)、振动加速度(43.39 m/s2、29.27 m/s2、17.23 m/s2、9.78 m/s2),可知峰值速度、沉降位移及振动加速度随着深度增加而减小;(2)记录了循环加载100次、200次、300次、400次时道床横向阻力(16.87 k N、17.23 k N、17.56 k N、17.66 k N)、道床纵向阻力(24.55 k N、25.23 k N、25.89 k N、25.99 k N)和枕下支承刚度,可知道床横纵向阻力、枕下支承刚度随着荷载次数增加而增大;(3)本研究成果对指导有砟道床设计、施工、养护维修及研究有砟道床力学性能具有参考价值。

关键词：列车荷载离散元竖向速度沉降振动加速度道床阻力枕下支承刚度

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考虑车-桥耦合的重载铁路钢桥局部疲劳分析

铁道工程学报 2019年第9期36卷 36-42,78页

作者：朱志辉冯乾朔龚威蒋丽忠余志武中南大学长沙410075 重载铁路工程结构教育部重点实验室长沙410075

研究目的:基于车-桥耦合振动理论,以64 m简支钢桁梁桥为实例,研究重载铁路钢桁梁桥局部疲劳可靠度问题。首先建立64 m简支钢桁梁桥的车-桥动力学模型,通过现场试验结果验证模型的准确性,并确定桥梁最不利疲劳部位;然后基于Monte Carlo方... 详细信息

研究目的:基于车-桥耦合振动理论,以64 m简支钢桁梁桥为实例,研究重载铁路钢桁梁桥局部疲劳可靠度问题。首先建立64 m简支钢桁梁桥的车-桥动力学模型,通过现场试验结果验证模型的准确性,并确定桥梁最不利疲劳部位;然后基于Monte Carlo方法,将车速和轨道不平顺作为随机变量,随机选取100个车速和轨道不平顺的组合样本;利用Miner线性疲劳累积准则和概率密度函数方法,得到钢桥最不利疲劳部位的等效应力范围和年疲劳损伤系数的概率分布,并给出桥梁局部疲劳损伤系数与列车编组的关系式;最后分析不同列车类型和行车速度条件对桥梁疲劳损伤的影响。研究结论:(1)在考虑参数随机概率分布的条件下,桥梁最不利疲劳部位的等效应力范围和年疲劳损伤系数均服从Lognormal分布;(2)当货运列车年运量一定时,列车轴重是桥梁局部损伤的主要影响因素,桥梁的疲劳损伤随轴重增加而增大;(3)在设计时速范围内,列车速度与桥梁疲劳损伤的相关性不强;(4)本研究成果可为重载铁路钢桁梁桥设计与疲劳性能评估提供参考。

关键词：疲劳重载铁路钢桁梁桥车-桥耦合振动 Miner线性疲劳累积准则 Monte Carlo方法概率密度函数

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三维温度荷载下双块式无砟轨道结构动力响应

铁道工程学报 2020年第3期37卷 7-12页

作者：曾志平叶梦旋王卫东郭无极孟晓白中南大学长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室长沙410075

研究目的:本文利用ABAQUS有限元软件建立CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构温度荷载-落轴冲击耦合模型,结合试验数据,探究不同细致化温度荷载对双块式无砟轨道结构落轴冲击动力响应的影响。研究结论:(1)当道床板表面温度高于内部温度时,钢轨... 详细信息

研究目的:本文利用ABAQUS有限元软件建立CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构温度荷载-落轴冲击耦合模型,结合试验数据,探究不同细致化温度荷载对双块式无砟轨道结构落轴冲击动力响应的影响。研究结论:(1)当道床板表面温度高于内部温度时,钢轨加速度变化较道床板表面温度低于内部温度更显著,轨枕向下加速度、道床板向上加速度分别增加13倍、42倍;(2)当道床板表面温度低于内部温度时,轨枕向上加速度、道床板向下加速度分别增加9.5倍和25倍;(3)当道床板表面温度高于内部温度时,钢轨向下位移减小95%,轨枕及道床板向下位移均为0 mm,轨枕及道床板向上位移分别增加85倍和378倍;(4)当道床板表面温度低于内部温度时,钢轨、轨枕及道床板向下位移分别增加1.01倍、4.3倍和4.91倍,轨枕及道床板向上位移均为0 mm;(5)本研究成果可为我国大温差地区无砟轨道线路平顺性研究提供参考。

关键词： CRTSⅠ型双块式无砟轨道三维温度荷载落轴冲击动力响应

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地铁叠线隧道盾构掘进对地表沉降影响研究

铁道工程学报 2020年第9期37卷 66-71页

作者：娄平李特中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室长沙410075 中南大学长沙410075

研究目的:地铁叠线隧道由于掘进过程中上下线相互影响且大部分埋深较浅,其对地层的扰动相比常规隧道更为剧烈。本文以佛山地铁3号线某区间叠线隧道为工程背景,利用数值模拟软件建立有限元模型,研究叠线隧道掘进过程中横剖面上土体移动... 详细信息

研究目的:地铁叠线隧道由于掘进过程中上下线相互影响且大部分埋深较浅,其对地层的扰动相比常规隧道更为剧烈。本文以佛山地铁3号线某区间叠线隧道为工程背景,利用数值模拟软件建立有限元模型,研究叠线隧道掘进过程中横剖面上土体移动规律以及地表沉降规律,并探讨掘进面压力以及注浆压力对地表沉降的影响,从而为现场选择合理的地铁叠线隧道盾构掘进施工参数提供理论依据。研究结论:(1)叠线隧道掘进引起的地表沉降具有叠加效应;(2)上线隧道掘进时会引起下线隧道的上浮;(3)浆液处于软化阶段时,地表沉降会急剧增大,从注浆到浆液硬化,这一过程对地表沉降的贡献约40%;(4)增大盾构机掘进面压力以及注浆压力可以有效减小地表沉降,但当注浆压力大于200 k Pa时其作用不再明显;(5)本研究结论可为叠线隧道盾构施工时控制地表沉降提供理论指导。

关键词：叠线隧道数值模拟地表沉降掘进面压力注浆压力

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考虑轨道谱概率分布的不平顺样本模拟方法

铁道工程学报 2020年第9期37卷 7-11,17页

作者：曾志平刘付山王卫东朱志辉中南大学长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室长沙410075

研究目的:傅立叶逆变换法是一种简洁有效的轨道随机不平顺数值模拟方法。为精确反映轨道不平顺谱概率分布特征,在傅立叶逆变换法基础上,引入新的随机变量,本文提出一种考虑轨道谱概率分布的傅立叶逆变换法,并通过功率谱对比、频率点功... 详细信息

研究目的:傅立叶逆变换法是一种简洁有效的轨道随机不平顺数值模拟方法。为精确反映轨道不平顺谱概率分布特征,在傅立叶逆变换法基础上,引入新的随机变量,本文提出一种考虑轨道谱概率分布的傅立叶逆变换法,并通过功率谱对比、频率点功率谱分布检验验证方法的准确性。研究结论:(1)本文提出的考虑轨道谱概率分布的傅立叶逆变换法模拟生成的不平顺时域样本集的均值谱、百分位谱与原轨道谱均有较好一致性;(2)与傅立叶逆变换法、三角级数法相比,本文方法生成的不平顺样本集的各频率点功率谱分布规律能更好地满足原轨道谱概率分布;(3)相同样本数情况下,本文方法生成的不平顺样本集统计精度误差优于三角级数法;(4)本研究成果可为车辆-轨道耦合动力学中轨道随机不平顺样本模拟提供一种更加精确的数值模拟方法。

关键词：轨道不平顺谱概率分布傅立叶逆变换法时域数值模拟

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弹性支撑块式无砟轨道力学特性研究

铁道工程学报 2021年第1期38卷 25-31页

作者：曾志平胡广辉王卫东黄相东王俊东中南大学长沙410075 重载铁路工程结构教育部重点实验室(中南大学) 长沙410075

研究目的:由于隧道内净空的限制,重载铁路长大隧道内宜铺设无砟轨道,弹性支撑块式无砟轨道(LVT)以其良好的减振性能逐渐在重载铁路中得到应用。为研究不同轴重和加载方式下LVT结构的应力应变特性,本文以蒙华铁路重载铁路隧道应用的LVT为... 详细信息

研究目的:由于隧道内净空的限制,重载铁路长大隧道内宜铺设无砟轨道,弹性支撑块式无砟轨道(LVT)以其良好的减振性能逐渐在重载铁路中得到应用。为研究不同轴重和加载方式下LVT结构的应力应变特性,本文以蒙华铁路重载铁路隧道应用的LVT为例,通过建立LVT结构有限元模型,以探讨LVT结构的受力与变形特征,为LVT轨道结构的优化以及设计施工提供理论依据。研究结论:(1) LVT结构能够保证30 t轴重下静力学性能安全性,当轴重由30 t提高至42 t,钢轨弯矩、轨道结构部件应力及位移幅值增长量在40%左右;横向荷载对轨道结构横向位移及应力的影响显著,板端加载时道床板及底座板应力增量分别为284%、1 000%;(2)横向荷载作用下,除支承块横向应力下降,钢轨弯矩、支承块纵向应力、道床板应力、底座板应力均呈现增长趋势,其中道床板及底座板应力分别增长400%、530%;(3)板端加载时荷载由相邻扣件共同承担,扣件节点反力峰值有所下降,荷载作用点下竖向荷载分配比例由2∶1降低至4∶1,横向荷载分配比例由67%降低至47%;(4)本研究结果对重载铁路中LVT轨道结构的设计和施工有指导意义。

关键词：轴重重载铁路弹性支撑块式无砟轨道 LVT 力学特性

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重载列车下弹性支承块式无砟轨道静载试验

铁道工程学报 2018年第11期35卷 27-31页

作者：吴斌李世业曾志平王卫东王俊东吴志鹏中南大学长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室长沙410075

研究目的:弹性支承块式无砟轨道是重载铁路长大隧道内较为适宜的轨道结构形式。夺文以中南部通道隧道内弹性支承块式无砟轨道为研究对象,通过开展足尺模型静载试验,研究单个支承块在道床板板端竖向荷载(工况一)、板端横竖向荷载(工况二... 详细信息

研究目的:弹性支承块式无砟轨道是重载铁路长大隧道内较为适宜的轨道结构形式。夺文以中南部通道隧道内弹性支承块式无砟轨道为研究对象,通过开展足尺模型静载试验,研究单个支承块在道床板板端竖向荷载(工况一)、板端横竖向荷载(工况二)、板中竖向荷载(工况三)作用下的受力性能及轨道结构裂缝发展趋势。研究结论:(1)以30 t轴重列车静荷载作为参考,工况一道床板和支承块混凝土分别在3. 3、3. 1倍静轮载时达到轴心抗拉强度,工况二道床板和支承块混凝土分别在3. 0、3. 1倍静轮载时达到轴心抗拉强度,工况三道床板和支承块混凝土分别在4.9、2. 9倍静轮载时达到轴心抗拉强度;(2)工况一道床板裂缝出现于支承块角点位置及支承块长侧边中线位置,并扩展至道床板短侧面,角点处裂缝延伸扩展呈"八"字型,工况三道床板未见明显开裂;(3)列车横向荷载导致支承块角点位置道床板混凝土受力增加;(4)本研究成果对于弹性支承块式无砟轨道的设计、施工及维护具有重要的指导意义。

关键词：弹性支承块式无砟轨道静载试验裂缝重载铁路足尺模型

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差异变形下地铁盾构隧道结构动力响应研究

振动与冲击 2021年第9期40卷 212-220页

作者：刘建文施成华雷明锋彭立敏李翔曹成勇中南大学土木工程学院长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室长沙410075

地基沉降、临近施工扰动导致的工后差异变形广泛存在于我国已建地铁盾构区间隧道中,对服役期内隧道结构性能造成不利影响。基于赫兹非线弹性接触理论模拟轮轨接触关系,考虑车辆、轨道、隧道、围岩的空间结构特征和相互接触关系,建立了车... 详细信息

地基沉降、临近施工扰动导致的工后差异变形广泛存在于我国已建地铁盾构区间隧道中,对服役期内隧道结构性能造成不利影响。基于赫兹非线弹性接触理论模拟轮轨接触关系,考虑车辆、轨道、隧道、围岩的空间结构特征和相互接触关系,建立了车-轨-隧-围岩一体化计算模型,计算了基坑开挖致使盾构隧道隆起变形后列车运行引起的结构动力响应。结果表明:隧道隆起变形加剧了轨道结构和隧道结构的动力响应,基坑边缘和中心位置处的衬砌环接头混凝土动应力变化较为剧烈,衬砌拱顶、拱底处的纵向接头螺栓剪力受影响较大,而拱腰处的环向螺栓内力变化幅度显著。

关键词：地铁盾构隧道车-轨-隧-围岩一体化模型差异变形动力响应