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基于耗散能的高速铁路路基填料动力安定临界阈值研究

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铁道学报 2024年第3期46卷 99-111页

作者：毕宗琦叶阳升蔡德钩闫宏业张先军尧俊凯苏珂中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司高速铁路轨道系统全国重点实验室北京100081 中国国家铁路集团有限公司北京100844 中国国家铁路集团有限公司工程管理中心北京100844

科学评估高速铁路路基服役安定特性是保障复杂环境下路基百年服役期的耐久稳定的重要理论手段。对典型高速铁路路基粗粒土填料开展长期循环加载动三轴试验,揭示了不同围压、动载幅值等因素对填料变形发展规律的影响,基于A塑性安定、B塑... 详细信息

科学评估高速铁路路基服役安定特性是保障复杂环境下路基百年服役期的耐久稳定的重要理论手段。对典型高速铁路路基粗粒土填料开展长期循环加载动三轴试验,揭示了不同围压、动载幅值等因素对填料变形发展规律的影响,基于A塑性安定、B塑形蠕变、C增量破坏3类安定状态分析了长期变形收敛趋势以及耗散能变化规律。构建了单位体积耗散能与安定状态的关联,提出了基于等效单位体积耗散能的安定临界状态判别标准和动应力、动应变阈值确定方法。本文研究的典型填料,引起高铁路基填料由稳定的安定状态向不稳定的增量破坏状态的临界动应变所处范围为0.8×10^(-3)~1.3×10^(-3)。研究结果可对涉及列车动载长期作用下的高速铁路路基安定性分析和长期稳定性评估提供理论参考。

关键词：高速铁路路基填料安定理论耗散能长期变形临界状态

基于机-土耦合模型的铁路路基连续压实质量控制方法

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铁道学报 2024年第3期46卷 1-10页

作者：叶阳升蔡德钩安再展魏少伟闫宏业姚建平中国国家铁路集团有限公司北京100844 中国铁道科学研究院集团有限公司高速铁路轨道技术国家重点实验室北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 北京铁科特种工程技术有限公司北京100081

连续压实技术可有效保障路基压实质量,但由于连续压实检测方法和常规检测方法的检测范围相差较大,导致现场试验结果离散性较大,限制了连续压实技术的进一步推广。为建立连续压实检测结果与路基物理力学性质的关系,建立了考虑压路机行驶... 详细信息

连续压实技术可有效保障路基压实质量,但由于连续压实检测方法和常规检测方法的检测范围相差较大,导致现场试验结果离散性较大,限制了连续压实技术的进一步推广。为建立连续压实检测结果与路基物理力学性质的关系,建立了考虑压路机行驶的机-土耦合模型,并提出了模型参数确定方法。分析了土体剪切模量对振动轮加速度时频域特性、机-土相互作用力以及连续压实质量控制指标的影响,并与路基碾压足尺模型试验结果进行对比。结果表明,模型能够准确反映机-土系统的动力特性。基于机-土耦合模型,提出了一种铁路路基连续压实质量控制方法,实现了根据铁路路基设计参数直接确定连续压实质量控制指标的合格值,为铁路路基连续压实质量控制提供了理论依据和新的实现方法。

关键词：铁路路基机-土耦合模型连续压实质量控制

城市轨道交通道岔区振动源强特征与减振措施效果试验研究

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铁道科学与工程学报 2024年第5期21卷 1854-1865页

作者：易强赵磊高原王树国中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081

城市轨道交通道岔区结构状态复杂且存在固有不平顺,从而导致环境振动噪声增强。为探明岔区振动产生机理以及不同减振措施对道岔区振动源强的影响规律,以普通整体道床、减振器扣件以及钢弹簧浮置板道岔为试验对象,分别于岔前、转辙器轮... 详细信息

城市轨道交通道岔区结构状态复杂且存在固有不平顺,从而导致环境振动噪声增强。为探明岔区振动产生机理以及不同减振措施对道岔区振动源强的影响规律,以普通整体道床、减振器扣件以及钢弹簧浮置板道岔为试验对象,分别于岔前、转辙器轮载过渡区、转辙器跟端、连接部分以及辙叉区5个断面布置测点,测试岔区不同位置隧道壁垂向与横向振动响应,并从频域、时频域以及Z振级角度分析不同减振道岔的源强特征。试验结果表明:普通整体道床道岔区振动源强主频位于50~100 Hz,与区间线路相似。但由于左右轨下刚度差异,辙叉区P2共振主频存在双峰值特征,且辙叉区存在有害空间,导致隧道壁50~200 Hz振动响应幅值较高,振动源强相对于其他断面增大3~5 dB。虽然转辙器区也存在轮载过渡,但转辙器区隧道壁垂向振动并未表现出明显的加剧。岔区隧道壁横向振动不可忽视,减振扣件区段隧道壁横向振动甚至高于垂向振动。减振扣件和钢弹簧浮置板道岔均可抑制50 Hz以上的隧道壁振动,但减振扣件使得车辆簧下质量-道岔P2共振频率降低至40 Hz,从而在该频率位置存在较高振动响应峰值。采用分频最大振级以及最大Z振级进行对比,道岔减振器扣件减振量相对较低,而钢弹簧浮置板减振效果良好,减振量在15 dB左右。试验研究结果可为城市轨道交通道岔区振动控制提供参考。

关键词：城市轨道交通道岔振动源强减振措施 Z振级

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基于基坑支护工程的区段复式配筋预应力管桩抗弯试验及数值模拟

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岩土工程学报 2024年第2期46卷 406-414页

作者：刘永超刘岩李兵兵张国平胡智鑫刘建志天津城建大学天津300384 天津大学建筑工程学院天津300072 中铁建设集团有限公司北京100040 天津建城基业集团有限公司天津300301

复式配筋预应力混凝土管桩(PRC管桩)作为基坑支护桩使用时,为提高非预应力钢筋的利用效率,提出将区段配置非预应力钢筋的管桩作为基坑支护桩。通过对天津地区80个基坑工程中的支护桩弯矩分布情况统计分析,并对区段复式配筋预应力混凝土... 详细信息

复式配筋预应力混凝土管桩(PRC管桩)作为基坑支护桩使用时,为提高非预应力钢筋的利用效率,提出将区段配置非预应力钢筋的管桩作为基坑支护桩。通过对天津地区80个基坑工程中的支护桩弯矩分布情况统计分析,并对区段复式配筋预应力混凝土管桩(PR-PHC管桩)进行足尺抗弯试验及有限元分析,研究区段配筋的可行性和PR-PHC管桩的抗弯性能。研究表明,单支撑排桩、倾斜桩及悬臂桩的桩身弯矩区间分布具有规律性。PR-PHC管桩区段配置的非预应力筋,可以提高其抗弯极限承载力及其抗弯刚度,并有效改善桩身裂缝的展开情况,构建的数值模型可以较好地反映试验的实际情况。并对PR-PHC管桩在实际应用中可能遇到的不利工况做了影响分析。研究结果表明可以在基坑工程中使用PR-PHC管桩替代PRC管桩,减少钢筋使用量,促进碳减排。

关键词：有限元模拟预应力混凝土抗弯试验区段配筋基坑支护

岛状多年冻土区高速铁路路基热状态及工程措施效果分析

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铁道学报 2024年第3期46卷 145-154页

作者：刘晓贺蔡德钩闫宏业张先军王斌刘浩中国铁道科学研究院研究生部北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 中国国家铁路集团有限公司工程管理中心北京100844 黑龙江铁路发展集团有限公司黑龙江哈尔滨150000

为揭示岛状多年冻土区高速铁路路基热状态,提出合理有效的制冷结构,在新建哈尔滨至伊春高速铁路某车站试验段开展现场监测,获得岛状多年冻土的地温数据;基于实测地温数据,采用冻土水热耦合理论,对将在试验段实施的两侧双排普通热棒路基... 详细信息

为揭示岛状多年冻土区高速铁路路基热状态,提出合理有效的制冷结构,在新建哈尔滨至伊春高速铁路某车站试验段开展现场监测,获得岛状多年冻土的地温数据;基于实测地温数据,采用冻土水热耦合理论,对将在试验段实施的两侧双排普通热棒路基、两侧双排+中心单排全季热棒路基、两侧单排+基底横向通铺全季热棒路基3种制冷路基结构进行数值模拟,对比了3种制冷路基结构的地温分布特征及对下伏岛状多年冻土的降温效果。研究结果表明:铁力地区年均气温和降水呈增大趋势,天然场地岛状多年冻土地温在-0.3℃左右,属于高温极不稳定多年冻土。3种制冷路基结构中,两侧单排+基底横向通铺全季热棒对岛状多年冻土保护及降温效果最优,两侧双排普通热棒最差。普通热棒路基的多年冻土上限呈“两侧凸,中间凹”形态,抬升不明显;全季热棒路基的多年冻土上限呈“上凸缓斜平顶”形态,抬升显著。研究成果可对多年冻土区高速铁路路基建设和结构优化提供技术支撑。

关键词：寒区铁路路基岛状多年冻土普通热棒全季热棒冻土上限

缓倾层状千枚岩围岩遇水软化后隧道结构的力学特征

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公路 2024年第6期69卷 361-369页

作者：王林国中交建筑集团有限公司北京市100022

层状千枚岩具有正交各向异性和遇水软化泥化的特征,在水—岩作用下岩体强度会出现较大衰减,导致支护结构受荷增加、承载性能劣化,给隧道结构安全带来巨大挑战。对层状千枚岩开展X射线衍射试验(XRD)、扫描电镜试验(SEM)和崩解特性试验,... 详细信息

层状千枚岩具有正交各向异性和遇水软化泥化的特征,在水—岩作用下岩体强度会出现较大衰减,导致支护结构受荷增加、承载性能劣化,给隧道结构安全带来巨大挑战。对层状千枚岩开展X射线衍射试验(XRD)、扫描电镜试验(SEM)和崩解特性试验,揭示层状千枚岩遇水软化特征。引入混凝土塑性损伤模型(CDP)表征混凝土损伤劣化行为,引入内聚区模型(CZM)表征层理面的剪切滑移行为,建立缓倾层状岩体隧道数值模型,考虑层状千枚岩遇水软化效应导致的岩体强度下降,分析不同层理角度层状围岩弱化作用下的隧道结构力学行为及承载性能的演化规律。研究结果表明,千枚岩中高黏土矿物含量为千枚岩遇水软化提供了物质基础,裂隙中黏土矿物吸水膨胀,导致裂隙进一步张开与延伸,将岩样切割成碎块状;围岩软化后仰拱、两侧拱脚部位存在明显的应力集中;衬砌结构的压应力分布存在明显的非对称性,围岩软化后衬砌结构的最大压应力明显增大,增幅超过40%;岩层倾角增大加大了围岩软化后衬砌的压缩损伤;采用超前加固可以有效减小遇水软化围岩隧道的变形,超前注浆的加固效果优于超前锚杆。

关键词：隧道工程缓倾层状千枚岩遇水软化隧道结构力学特征混凝土塑性损伤内聚区模型

累计冲击荷载作用下GFRP-混凝土组合梁动态响应分析

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振动与冲击 2024年第6期43卷 225-237页

作者：杨丽辉周文波王岩张浩天巩勋勋北京交通大学土木与建筑工程学院北京100044 中建玖合发展集团有限公司北京100000 建研院检测中心有限公司北京100013

为探究玻璃纤维复合材料(glass fiber reinforce plastic,GFRP)-混凝土组合梁在多次落石冲击荷载下的动态响应,采用摇臂式落锤试验机,对1根纯GFRP梁及4根GFRP-混凝土组合梁进行累计冲击试验,得到了不同工况下试验梁位移、冲击力、应变... 详细信息

为探究玻璃纤维复合材料(glass fiber reinforce plastic,GFRP)-混凝土组合梁在多次落石冲击荷载下的动态响应,采用摇臂式落锤试验机,对1根纯GFRP梁及4根GFRP-混凝土组合梁进行累计冲击试验,得到了不同工况下试验梁位移、冲击力、应变时程曲线及裂缝开展状态,并分阶段讨论了梁体损伤演化过程。试验结果表明:纯GFRP梁具有优异的抗冲击性能,但冲击荷载作用下变形过大;组合梁的破坏特征均为混凝土主裂缝贯通,GFRP-混凝土界面发生剥离,良好的界面黏结性能是确保GFRP-混凝土组合梁抗冲击性能提升的关键;竖向冲击荷载下,混凝土厚度的增大,可明显减小同一冲击高度下梁体跨中的变形响应;试验梁抵抗侧向冲击的能力优于其抵抗竖向冲击的能力。采用显示动力分析软件LS-DYNA建立了GFRP-混凝土组合梁累计冲击模型,并基于该模型分析了冲击锤质量、冲击速度及截面高度比等参数对GFRP混凝土组合梁动态响应的影响规律。

关键词：冲击荷载 GFRP-混凝土组合梁动态响应

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曲线钢箱梁桥面板力学行为及构造优化研究

铁道工程学报 2024年第5期41卷 19-27页

作者：郑小博蒋昆昆侯炜周勇军沈传东长安大学西安710064 中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055 中建二局第三建筑工程有限公司北京100700

研究目的:小半径曲线钢箱梁桥正交异性钢桥面板构造繁复,弯扭耦合作用下受力特性极为复杂。为了探究该类型桥面板力学特性,并提出合理构造优化建议,本文依托西安市某立交小半径曲线钢箱梁匝道桥,采用数值分析方法研究局部荷载作用下曲... 详细信息

研究目的:小半径曲线钢箱梁桥正交异性钢桥面板构造繁复,弯扭耦合作用下受力特性极为复杂。为了探究该类型桥面板力学特性,并提出合理构造优化建议,本文依托西安市某立交小半径曲线钢箱梁匝道桥,采用数值分析方法研究局部荷载作用下曲线钢箱梁桥面板力学行为,并基于正交试验方法,利用IntelliJ IDEA软件开发曲线钢箱梁桥面板构造优化程序,实现桥面板多目标构造参数优化。研究结论:(1)边跨最大正弯矩截面为大多数控制细节的最不利荷载控制截面,其中车轮荷载作用于边跨最大正弯矩位置时控制细节3(横隔板过焊孔圆弧位置)的主应力明显大于最大负弯矩和零弯矩位置,且车轮荷载作用于曲线钢箱梁外侧会增大桥面系应力;(2)车轮荷载作用于纵肋正上方和中间时产生的各控制细节主应力较相近,但作用于横隔板中间与正上方造成的局部应力具有显著差异,进而确定曲线钢箱梁正交异性桥面板各控制细节的最不利荷载作用位置;(3)通过多目标优化构造运算确定的曲线钢箱梁正交异性组合桥面板的合理构造,可显著改善桥面板力学特性;(4)本研究成果可为曲线钢箱梁正交异性桥面系构造设计和养护方法提供优化建议。

关键词：桥梁工程局部应力多目标优化正交异性钢桥面板曲线钢箱梁

高速道岔组装式滑床台板传力特征及服役性能研究

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铁道学报 2024年第2期46卷 131-139页

作者：易强王树国杨东升谷永磊中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 京沪高速铁路股份有限公司北京100038

为探明高速铁路道岔基本轨轨底疲劳伤损原因,开展组装式滑床台板传力特征及服役性能研究。建立转辙器基本轨受力分析模型,研究两点与平面扣压式滑床台板条件下基本轨轨底应力特征,结合基本轨轨底材质疲劳试验与转辙器组装疲劳试验,评估... 详细信息

为探明高速铁路道岔基本轨轨底疲劳伤损原因,开展组装式滑床台板传力特征及服役性能研究。建立转辙器基本轨受力分析模型,研究两点与平面扣压式滑床台板条件下基本轨轨底应力特征,结合基本轨轨底材质疲劳试验与转辙器组装疲劳试验,评估两点与平面扣压式滑床台板对基本轨服役性能的影响。结果表明:两点扣压式滑床台板使得基本轨轨底形成应力集中,且扣压点对应的轨底下表面以受拉为主;130~190 kN疲劳荷载条件下,两点扣压式滑床台板可使得基本轨轨底最大应力达611.2 MPa,已经超出基本轨轨底疲劳极限,而平面扣压式滑床台板对应的基本轨轨底最大应力为237.5 MPa,相对两点扣压结构降低50%~60%;转辙器结构组装状态对基本轨服役性能影响显著,基本轨轨底应力与尖轨-滑床台接触状态密切相关。

关键词：高速道岔基本轨疲劳滑床台板传力特征疲劳试验