客运专线路桥过渡段动力特性的试验研究与数值分析
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摘要
线路的平顺性和乘客舒适是控制高速铁路线路设计的重要指标。若路桥过渡段刚度差别大，轨道平顺性差，当列车高速通过时，将会引起乘客舒适度降低，甚至直接危及行车安全。因此，过渡段问题是高速铁路必须解决的关键技术之一。本文在广泛查阅国内外相关研究成果的基础上，以秦沈客运专线路桥过渡段为工程背景，采用理论研究、数值模拟和现场试验相结合的方法，研究列车荷载作用下不同结构型式的路桥过渡段的动力响应特性，主要工作如下：
1．在广泛收集国外过渡段设计、施工、检测、维修、养护、试验研究和理论分析等技术资料的基础上，通过深入分析其技术思想、设计方法、使用条件、应用效果及存在问题，提出适合秦沈客运专线具体情况的过渡段处理措施。
2．根据秦沈客运专线工程地质条件和路桥过渡段型式，选取具有代表性的关家庄大桥沈端加筋土路桥过渡段(DK46+765.95～DK46+790.95)和胡家屯中桥级配碎石过渡段(DK44+590.31～DK44+640.31)为试验工点。
3．制定适用于不同过渡段型式的现场试验方案，包括确定实测内容、合理选择量测元件和仪器设备、测点布置、测试内容与动力测试方案。
4．根据现场实测结果，分析不同型式过渡段在不同运营速度下的动力响应规律，研究动应力、动位移和加速度与列车速度的关系以及其沿路基深度的衰减规律。结果表明：路基的振动加速度和动应力随列车速度的提高而增强，但其影响主要在基床范围以内；
5．考虑列车荷载的特性和过渡段的结构型式，基于商业软件FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua in 2 Dimensions)，建立不同型式过渡段的动力分析模型。
6．利用所建过渡段动力分析模型，对不同列车速度下过渡段的动力响应进行数值仿真计算，结果表明：路基动应力峰值与加速度峰值均随行车速度的提高而增大，路基动应力随深度呈衰减趋势，计算所得动力响应规律与现场实测结果一致，验证模型的正确性。
7．通过现场实测、有限差分分析，对级配碎石过渡段和土工格栅过渡段的动应力和振动加速度的变化规律进行对比分析，评判两种不同形式过渡段的处理效果。
8．对两种不同形式过渡段的沉降规律进行实测，评判其控制工后沉降的效果。
The line's easement and the passengers' comfortability are the key indicators of controlling the design of the high-speed railway line. If the road bridge's stiffness has big differences and the line's easement is poor, it will decrease the passengers' comfortability, even endanger the safety. Thus the passing road phase is one of the must key technologies. The thesis has studied the aerodynamic response characteristics of the different structures' road bridge passing phases under the train load influence. It has adopted the combination of three methods: numerical modeling, theoretical research, and field test, on the ground of the QingShen passenger line and on the basis of lots of relevant research at home and abroad. The main jobs include:
1. Based on the widespread collection of foreign technical data about design, construction, monitoring, maintenance, experimental study and theoretical analysis of Transition Part of road & bridge, the technical mechanism, design method, exploitation conditions, application effect and the existence question of transition part of road & bridge were thoroughly analyzed, the ground improvement measures which suits the Qinghuangdao-Shenyang dedicated passenger line's special details were proposed.
2. Based on the geological conditions and the styles of Qinghuangdao-Shenyang dedicated passenger line, the representative test project were choosed, named geogrid transition part on Guanjiazhuang bridge (DK46+765.95-DK46+790.95) and graded broken stone transition part on Hujiatun bridge (DK44+590.31-DK44+640.31).
3. The field test schemes that fit to different passing styles were established, including: deciding the test contents, selecting the measuring element and equipments, the assignment of the test ports and the dynamic test schemes.
4. In terms of the test results,the dynamic response characteristics of the different structures' transition part of road & bridge under the different speed were analyzed. The relationships of dynamic stress ,dynamic displacement and acceleration ,and decrease rule with the depth of the subgrade bed. The results indicate the vibration acceleration and dynamic stress increase with the increase of the train speed but mainly within the bedding confination.
5. The dynamic analyzing models of different transition styles were established on the basis of the commercial software FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua in 2 Dimensions),which considering the train load characteristics and the structures of transition part.
6.Utilizing the dynamic analysis models, the numeral simulation calculation of transition part's dynamic response under different train speed have done. The results show that the peak value of the dynamic press and the acceleration on subgrade bed were increased with the increase of the train speed ; the subgrade bed dynamic stress decrease with the depth of the subgrade bed. The calculated results is in accord with the field test, the accuracy of analyzing model was testified.
7.Field test and the finite difference method were performed, the contrastive analysis on distribution trend of dynamic stress and vibration acceleration of graded broken stone transition part and geogrid transition part. The effect of these two kinds of transition parts were compared.
8.The settlement distribution of graded broken stone transition part and geogrid transition part were monitored, whose control effects to post-construction settlement were estimated.
1．在广泛收集国外过渡段设计、施工、检测、维修、养护、试验研究和理论分析等技术资料的基础上，通过深入分析其技术思想、设计方法、使用条件、应用效果及存在问题，提出适合秦沈客运专线具体情况的过渡段处理措施。
2．根据秦沈客运专线工程地质条件和路桥过渡段型式，选取具有代表性的关家庄大桥沈端加筋土路桥过渡段(DK46+765.95～DK46+790.95)和胡家屯中桥级配碎石过渡段(DK44+590.31～DK44+640.31)为试验工点。
3．制定适用于不同过渡段型式的现场试验方案，包括确定实测内容、合理选择量测元件和仪器设备、测点布置、测试内容与动力测试方案。
4．根据现场实测结果，分析不同型式过渡段在不同运营速度下的动力响应规律，研究动应力、动位移和加速度与列车速度的关系以及其沿路基深度的衰减规律。结果表明：路基的振动加速度和动应力随列车速度的提高而增强，但其影响主要在基床范围以内；
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6．利用所建过渡段动力分析模型，对不同列车速度下过渡段的动力响应进行数值仿真计算，结果表明：路基动应力峰值与加速度峰值均随行车速度的提高而增大，路基动应力随深度呈衰减趋势，计算所得动力响应规律与现场实测结果一致，验证模型的正确性。
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8．对两种不同形式过渡段的沉降规律进行实测，评判其控制工后沉降的效果。
The line's easement and the passengers' comfortability are the key indicators of controlling the design of the high-speed railway line. If the road bridge's stiffness has big differences and the line's easement is poor, it will decrease the passengers' comfortability, even endanger the safety. Thus the passing road phase is one of the must key technologies. The thesis has studied the aerodynamic response characteristics of the different structures' road bridge passing phases under the train load influence. It has adopted the combination of three methods: numerical modeling, theoretical research, and field test, on the ground of the QingShen passenger line and on the basis of lots of relevant research at home and abroad. The main jobs include:
1. Based on the widespread collection of foreign technical data about design, construction, monitoring, maintenance, experimental study and theoretical analysis of Transition Part of road & bridge, the technical mechanism, design method, exploitation conditions, application effect and the existence question of transition part of road & bridge were thoroughly analyzed, the ground improvement measures which suits the Qinghuangdao-Shenyang dedicated passenger line's special details were proposed.
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4. In terms of the test results,the dynamic response characteristics of the different structures' transition part of road & bridge under the different speed were analyzed. The relationships of dynamic stress ,dynamic displacement and acceleration ,and decrease rule with the depth of the subgrade bed. The results indicate the vibration acceleration and dynamic stress increase with the increase of the train speed but mainly within the bedding confination.
5. The dynamic analyzing models of different transition styles were established on the basis of the commercial software FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua in 2 Dimensions),which considering the train load characteristics and the structures of transition part.
6.Utilizing the dynamic analysis models, the numeral simulation calculation of transition part's dynamic response under different train speed have done. The results show that the peak value of the dynamic press and the acceleration on subgrade bed were increased with the increase of the train speed ; the subgrade bed dynamic stress decrease with the depth of the subgrade bed. The calculated results is in accord with the field test, the accuracy of analyzing model was testified.
7.Field test and the finite difference method were performed, the contrastive analysis on distribution trend of dynamic stress and vibration acceleration of graded broken stone transition part and geogrid transition part. The effect of these two kinds of transition parts were compared.
8.The settlement distribution of graded broken stone transition part and geogrid transition part were monitored, whose control effects to post-construction settlement were estimated.
引文
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