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高速列车作用下路基振动响应与传播特性的试验研究

蒋飞  
【摘要】:随着如今高速列车时速的不断提高,以及高速铁路不断在各种饱和软粘土、松散砂土等软弱地基上延伸,高速铁路运营后的列车循环动荷载使地基产生附加沉降越来越可观,大量的岩土工程与土动力学问题随之凸现。而国内新建高速铁路缺少对应实测资料以供相关研究分析。本文针对这一现状,依托国家首条列车运行最高时速达350km/h的客运专线京津城际进行了路基振动现场试验,得到了以各种速度行驶的高速列车对路基产生的动力响应资料,并据此进行了振动响应与传播特性的试验研究: 在京津城际铁路JJK86+274路基断面进行现场试验,对时速分布于113km/h至344km/h的共41车次的高速列车进行了振动测试,获取了分布于轨道板中心至路基边缘的6个测点的10个速度传感器的共410组试验数据。 根据现场振动测试中采集的样本数据,绘出包括振动速度,振动加速度,振动位移等振动响应要素时程波形图曲线,分析了其振动响应特征。进行了振动频域特性分析,检验了振动数据周期性,确定了周期振动能量的集中频段。分析了行车速度对路基振动响应的影响,使用散点图拟合的方式,统计了不同车速下各个测点振动要素特征值的变化发展。 进行了路基振动传播特性的研究,绘制出不同传播情况振动传播曲线图,分析了其特征和发展趋势,并对比不同车速下传播曲线的变化。对传播过程中振动频域特性进行了研究,分析了不同车速下振动能量及主频率的在传播过程中的变化和发展规律。 使用有限元方法,选用ABAQUS作为分析软件,使用试验获得速度时程数据作为时程边界加载,对测试路基断面进行了二维数值模拟。对数值模拟计算结果与试验结果进行了对比,确定了数值模拟的准确性与合理性。在此基础上,对模型路基体内振动空间分布特性、振动要素时程响应特性,振动传播特性,动应力沿深度分布规律等进行了进一步研究,得到了合理的结果。 本文的研究得到了我国高速列车轨下路基动态响应时程与特征值,以及其沿路基表面的传播与衰减形式。为国家今后的高速铁路设计与施工提供技术参考,为高速铁路运营期路基长期变形沉降的控制与预测提供试验基础。


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