列车荷载对冻土路基动力响应分析.pdf

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1、第41卷第3期四川建筑科学研究2015年6月SichuanBuildingScience73列车荷载对冻土路基动力响应分析何振强(云南地质工程勘察设计研究院，云南昆明650041)摘要：采用有限元软件建立列车荷载作用下冻土路基结构动力反应的数值模型，分析了列车荷载作用下冻土路基动力响应沿深度方向的分布规律，并探讨了冻土层和列车速度对路基振动反应的影响规律。所得结论为铁路路基设计和加固提供了理论依据。关键词：列车荷载；冻土路基；振动响应中图分类号：TU435文献标志码：B文章编号：1008—1933(2015)0

2、3—073—03尺寸的线形构筑物，因此分析其动力响应可简化为0引言平面应变问题，该路基模型如图1所示。随着当今铁路客运高速化和货运重载化需求日益高涨与逐步实施，在我国寒区大量铁路交通中，轮／路基填土＼轨系统面临着日益加剧的动荷作用和动态效应，冻粉质粘土矗土场地铁路路基的振动与动力稳定问题日益突弱风化岩出⋯。由于冻土的组成中含有冰和未冻水，表现出很强的温度敏感性和流变性。对于温度较低的冻图1路基几何模型土，其强度较高，刚度较大，一般都比较稳定，随着温度的升高，冻土的强度将降低，特别是对于高温冻列车动荷载下，对于路

3、基填土和粉质粘土层这土，温度对冻土的力学性能影响更大j。然而，在样的岩土材料，需要考虑其塑性变形特征，采用Mo．冻土场地路基列车高速行驶振动方面，我国现行铁hr—Coulomb理想弹塑性模型进行模拟。而由于列车路路基设计规范迫切需要进一步完善。因此，开展动荷载对地基的弱风化岩层影响较小，因此只考虑冻土路基列车行驶振动反应的研究具有重大意义。其弹性工作状态。冻土的力学性质与温度密切相鉴于上述，为了更好地了解冻土层对路基在长关，具体参数取值见表1。期列车荷载下的动力特性的影响，本文在已有相关研究成果的基础上，建立冻

4、土路基动力有限元计算表1模型材料的力学属性模型，对含冻土层和不含冻土层路基的动应力进行了分析，并分析了路基动力响应沿路基深度的衰减规律。此外，探讨了列车速度对路基振动反应的影响规律，为铁路路基设计和加固提供了理论依据。所得结论为多年冻土区和季节冻土区铁路路基工程的设计、施工及冻害防治提供指导。1路基结构动力分析有限元模型1．2列车荷载的施加1．1路基模型的建立列车荷载作为一种特殊的循环荷载，既不同于考虑到每根轨枕受到相同振动荷载的概率是相静荷载，也不同于地震荷载，而是长时间往复施加的等的，加之路基属纵向长度远远

5、大于其横截面几何循环荷载。大量研究表明，轨道不平顺及轮周局部扁瘢是产生竖向轮轨力的主要原因]。英国对于收稿日期：2014-06-05时速200km的快速交通轨道的几何不平顺管理标作者简介：何振强(1979一)，男，工程师，主要从事水文、工程、环境方面的研究。准见表2引。E—mail：xiaohe2004@163．com74四川建筑科学研究第4l卷表2轨道几何不平顺管理值(英国)2计算结果分析2．1路基动应力衰减规律表3给出了列车以不同速度运行时，冻结期和正常期路基竖向动应力最大值沿深度方向的分布。从表3中可以看

6、出，列车以不同速度运行时，产生的冻土场地和普通场地路基土体动应力最大值的衰减规律基本一致。路基表层竖向动压应力冻土场地大目前，大量学者将列车振动引起的随机荷载用于普通场地；但随着深度的增加，路基土体的竖向动静荷载和由若干正弦函数叠加而形成的动荷载两部压应力为普通场地大于冻土场地。说明冻土层对路分的激振力函数来模拟_6J。其表达式为：基浅层的动压应力有放大作用。F()=Po+尸Isineo1t+P2sineo2￡+尸3sinw3t表3路基动压应力最大值统计kPa(1)到路基顶V：72km／hV：216km／hV：

7、288km／h位置面丽丽式中，F(t)为列车振动荷载；P。为车轮静载；P、路基表层044．347．755．359．482．987．1P：、P为对应于表1所列控制标准I、Ⅱ、Ⅲ中某典路基基底5．411．210．417．616．819．417．9型值的振动荷载。粉质粘土层底8．46．76．911．512．112．312．9相应的振动荷载幅值为：当列车运行速度为216km／h时，冻土场地和非Pi=MoaiW(2)冻土场地路基顶面的竖向最大动压应力分别为式中，为列车簧下质量；ai为相应车速下相应于59．4kPa和55．

8、3kPa。当振动传递到距离路基顶面控制标准I、Ⅱ、Ⅲ的矢高；i为相应车速下相应于5．4m时，冻土场地和非冻土场地的竖向最大动压控制标准I、Ⅱ、Ⅲ的不平顺振动波长下的圆频率。应力分别为16．8kPa和17．6kPa。冻土场地和非圆频率的计算式为：冻土场地的竖向动应力最大值分别衰减了72％和wi=2订詈(3)68％。以上说明在车辆动载作用下，路基土中竖向式中，为列车运行速度；厶为相应于控制