高速铁路隧道结构在动荷载列作用下的

高速铁路隧道结构在动荷载列作用下的动力响应分析作者：黄娟，彭立敏，杨伟超作者单位：中南大学土木建筑学院,湖南,长沙,410075相似文献(7条)1.学位论文曾二贤交通动荷载引起的软土地基长期沉降2008随着高速铁路在软土地基上的大量修建和运营，交通荷载引起的路基长期动力稳定性，特别是工后长期沉降，已引起工程师和研究者的广泛关注。高速铁路无砟轨道严格要求路基工后沉降不超过15mm，预测和控制交通荷载引起的软土地基长期沉降是高速铁路路基设计中的一个关键问题，目前国内对此尚缺乏有针对性且成熟的分析方法。本文采用2.5维有限元方法对高速铁路路基的动力响应进行数值模拟，并结合室内试验建立的软粘土累积变形模型，提出了运行期列车动荷载作用下地基长期沉降的计算方法，最后采用该方法分析了高速铁路运行动荷载引起的地基长期沉降规律。这方面问题的研究对于城市地铁和高速公路是共通的，本文也对此进行了初步展开。具体内容如下：1、基于目前在建的京沪高速铁路的研究背景，总结了高速铁路路基工后沉降的组成、控制标准和现有的计算方法及列车动荷载引起的路基动力响应和累积长期变形的研究现状。2、介绍列车动荷载作用下地基动力响应的计算方法及原理，并结合室内试验建立的软粘土累积变形模型，提出列车动荷载作用下地基长期沉降的计算方法。3、建立轨道.路堤.地基在高速列车动荷载作用下的有限元模型，对高速铁路路基的振动特征和动应力分布规律等进行了计算和分析，并基于本文提出的方法分析了列车运行引起的软土地基长期沉降规律，其中考察了列车速度、路堤高度及刚度等参数的影响。接着对地基处理的有效深度和效果进行简要评价。4、建立轨道.隧道结构.地基在城市地铁列车动荷载作用下的数值分析模型，分析了列车移动荷载引起的波在地表和地基内部的传播规律。并对地铁运行引起的地基长期沉降进行计算和分析，其中考察了列车速度、衬砌刚度及厚度等参数的影响。5、建立路面结构.地基在公路车辆荷载作用下的数值分析模型，着重分析交通荷载作用下公路典型路面结构的振动特征。并分析了公路交通荷载引起的地基长期沉降规律，其中考察了车辆速度及路面结构特征等因素的影响。2.学位论文边学成高速列车运动荷载作用下地基和隧道的动力响应分析2005本文用解析推导和数值模拟两种方法从不同的角度对高速列车运行时带来的冲击荷载作用下铁路轨道和地基的动力相互作用以及铁路沿线地基的振动等问题进行了比较详尽的探索和研究.本文首先用解析方法推导了冲击荷载作用下分层地基的动力响应方程,对波的产生及其在地基中的传播以及在观察点处的位移响应进行了讨论分析.在此基础上用移动格林函数方法考察了地基表面和内部作用移动点荷载时的动力响应解析解.这两个模型都只注重波在地基中传播特性或荷载移动的影响等单一因素的作用,避免引入列车荷载本身特性和轨道结构振动等复杂条件的影响.本文提出了动力子结构方法来对列车—轨道—地基整体系统进行建模和求解,特别考虑了引入枕轨后产生的离散支撑作用.本文还通过沿荷载移动方向应用波数变换建立了2.5维有限单元结合边界单元的数值模型,对列车移动荷载作用下的三维土与结构相互作用的复杂模型在保持模拟精度的情况下极大地减少了计算时间.最后,本文利用开发的2.5维有限元-边界元结合方法对地铁列车在隧道中运行时的隧道结构和地基振动问题进行了建模,分析了列车荷载配置、隧道结构、地基物性等因素对地基中波的传播的影响,给出了地铁运行时地基的振动和应力分布.3.学位论文宋晓星薄层法在地下轨道交通引发环境振动计算中的应用2009随着轨道交通在城市公共交通系统中越来越多的采用，以及高速铁路的广泛使用，轨道交通引发的环境振动对人类生活和工作环境的影响引起了广泛的关注。本文就薄层法在地面及地下轨道交通引发环境振动计算中的应用进行了研究。薄层法是分析和模拟弹性波在层状介质中传播的一种半解析半数值方法。传统的薄层法点激振荷载的位移格林函数是在柱坐标下给出的，本文在直角坐标下推导出点激振荷载位移格林函数，与柱坐标的解答完全一致。在此基础上推导了二维线激振以及移动荷载激振的位移响应基本解。主要研究内容如下：⑴利用上述位移响应基本解和容积法建立了层状地基中条形基础以及地下埋管阻抗函数计算的薄层法模型，计算分析了弹性半空间内埋置、明置条形基础以及基岩上覆盖层内埋置及明置条形基础的动柔度函数并与已有研究结果进行对比分析。计算了弹性半空间内埋管的阻抗函数并与波函数展开法求解得的弹性半空间内埋管的轴向阻抗函数进行了对比，验证了方法的正确性。以全空间埋管的阻抗函数作为对比标准，分析埋深及管径对地下埋管阻抗函数的影响。计算了上海典型土层条件下地铁隧道的阻抗函数。⑵建立用薄层法计算地下轨道交通引发环境振动的二维模型，针对刚体隧道、弹性隧道以及考虑上下行隧道相互影响的三种模型，给出了在单位力和单位位移激振作用下，土层的位移频响函数的计算方法。分析了三种计算模型对频响函数的影响，以及埋深和上下行隧道间距对频响函数的影响。采用两种不同的列车荷载模型和实测的道床加速度记录，计算了上海某地铁线路运行时引发的环境振动，经与实测结果对比分析表明，用二维模型计算地下轨道交通引发环境振动问题时，采用实测的道床响应记录作为振源输入能获得比较好的模拟结果。⑶推导了层状地基上梁在移动激振荷载作用下梁及土层响应的计算方法。采用明置道床或地下隧道的阻抗函数作为层状地基的弹簧刚度，对X2000列车运行时引发的地基动力响应进行计算模拟，并与实测结果相对比。对上海某地铁线路在列车移动荷载激振作用下的地表观测点加速度响应进行分析，分析中考虑了盾构隧道接头的影响，分析了盾构隧道螺栓接头、埋深、车速等对加速度响应的影响。4.期刊论文丁铭绩.王连俊.DingMingji.WangLianjun高速铁路软土复合地基路基的位移数值计算分析-铁道勘察2007,33(3)在模拟列车移动荷载的基础上,利用程序对复合地基路基的位移进行了静力和动力位移分析,研究了位移场的一些基本规律.结果表明,CFG桩对地基路基的沉降减小起了显著作用,为高速铁路的设计和施工提供了参考依据.5.学位论文张利列车荷载作用下路基动力特性研究1998结合拟建的京沪高速铁路,建立了路基的三维有限元分析模型,进行了路基静力分析、模态分析以及列车移动荷载作用下的路基动力反应分析,为进一步开展列车、路基耦合动力分析作了初步探索.模型中考虑了路基的自振特性,以及路基的静力、动力反应.探讨了路基动位移与地基刚度、路堤高度、行车速度的关系,以及动土压力的分布规律.主要得到以下几点结论:①最大动力位移大约为静力位移的1.5倍;②路基动力反应竖向位移与列车运动速度有关.对于特定路基及车辆条件下,存在一临界速度.在临界速度附近,竖向位移达到最大;③临界速度随地基弹生模量的增加而提高;④路基内动应力沿路基深度衰减得非常快;⑤路基的自振频率较低,大约1~4Hz.6.会议论文丁铭绩.王连俊高速铁路软土复合地基路基的位移数值计算分析2007在模拟列车移动荷载的基础上,利用程序对复合地基路基的位移进行了静力和动力位移分析,研究了位移场的一些基本规律.结果表明,CFG桩对地基路基的沉降减小起了显著作用,为高速铁路的设计和施工提供了参考依据.7.学位论文何俊锋2.5维有限元法分析列车运行引起的地面动力特性及沉降2009随着我国经济的不断发展，高速铁路和地铁得到了快速发展，但列车运行产生的振动对环境的影响也越来越大。一方面，列车提速引起的振动增大对邻近振动敏感的精密仪器、设备和建筑物等有不可忽视的影响。此外，随着人们生活水平的提高，人们对生活环境和工作环境的质量要求也越来越高。另一方面，软土地基上高速列车运行时轨道和地基的共振容易影响列车的稳定运行。因此，铁路交通振动产生的环境影响与治理己成为亟需解决的重要课题之一。br　　本文主要研究内容如下：br　　(1)采用弹性地基的2.5维有限元结合无限元边界的高效数值方法来研究铁路轨道和周围地基在列车运动荷载作用下的振动响应以及应力波在三维地基中的传播。将轨道模拟成铺设在地基上的Euler梁，通过沿着轨道方向的波数变换将三维问题降为平面应变问题。在垂直轨道方向的平面上将轨道结构和地基进行有限元离散，采用四节点单元，每个节点包含三个自由度。采用无限元边界来表示两侧水平方向及底部无限延伸的土体，从而模拟波在无限域中的传播。在平面上求解的结果沿轨道方向进行波数扩展，最后求得三维空间中的动力响应。建立轨道-分层地基模型，编制计算程序，分析了单一荷载、列车准静态荷载和简谐荷载三种形式作用下的动力响应。br　　(2)从饱和土的Biot波动方程出发，通过对时间的Fourier变换得出频域内的波动方程，结合边界条件利用Galerkin法推导出频域内的u-p格式和u-w格式的2.5维有限元方程。把轨道视为饱和地基上的Euler梁，通过沿轨道方向的波数变换将三维空间问题降为每个节点有3个自由度的平面应变问题。地基中的土单元用四边形等参单元来模拟，将平面上求解的结果沿轨道方向进行波数扩展，得到了频域-波数域内的解答，通过Fourier反变换求得三维时域-空间域的振动响应。根据Biot流体饱和多孔介质波动方程，假设体波波阵面为半圆柱形式，推导出了简单实用的适合饱和多孔介质2.5维有限元的粘弹性人工边界。建立轨道-地基模型，对饱和均质地基及饱和分层地基上列车运行所引起的动力响应进行了分析，讨论了不同列车速度引起的位移、速度、加速度、孔压等的变化，并与弹性地基做了对比。详细讨论了轨道刚度、路堤土土骨架密度、剪切波速、阻尼系数等对振动位移的影响；同时分析了第一及第二层土骨架密度、动力渗透系数、孔隙率、剪切波速、阻尼系数等土层参数变化对地表振动的影响规律。br　　(3)根据频域内饱和地基的2.5维有限元方程及动力粘弹性边界，把轨道视为饱和地基上的Euler梁，建立轨道-地基在列车运行荷载下的相互作用模型，编制计算程序分析了列车低速和高速运行条件下不同屏障的隔振效果，包括空沟、填充沟(混凝土墙)和混凝土板(波阻板)，分析了主要参数对隔振效果的影响。主要参数为：空沟距轨道的距离、深度、宽度；隔振墙距轨道的距离、深度、宽度、弹性模量；波阻板与地面距离、宽度、厚度、弹性模量等几何和物理参数。br　　(4)对地下工程活动引起的沉降做了简要的分析，建立轨道.隧道结构.饱和地基的有限元模型，采用饱和地基的2.5维有限元公式，编制计算程序，分析了地铁列车移动荷载引起的波的传播规律以及地基的沉降规律。同时采用大型有限元软件ADINA，根据实例建立地下矿山开采有限元模型，分析了地下矿柱回采过程所引起的沉降，旨在对地下工程活动的安全性问题分析提供一定参考。br　　本文研究受国家自然科学基金(No.50538010，No.50678128，No.50878155)资助。本文链接：授权使用：湖南大学(hunandx)，授权号：47168b1c-c0c7-486b-8705-9e4f00ebafcc下载时间：2010年12月17日