• ISSN 0258-2724
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深埋式桩板结构桥-隧过渡段动力响应特征分析

李双龙 魏丽敏 何群 何重阳

李双龙, 魏丽敏, 何群, 何重阳. 深埋式桩板结构桥-隧过渡段动力响应特征分析[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(6): 1222-1231. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191096
引用本文: 李双龙, 魏丽敏, 何群, 何重阳. 深埋式桩板结构桥-隧过渡段动力响应特征分析[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(6): 1222-1231. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191096
LI Shuanglong, WEI Limin, HE Qun, HE Chongyang. Dynamic Response Characteristics of Bridge-Tunnel Transition Section with Deep Buried Pile-Plank Structures[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(6): 1222-1231. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191096
Citation: LI Shuanglong, WEI Limin, HE Qun, HE Chongyang. Dynamic Response Characteristics of Bridge-Tunnel Transition Section with Deep Buried Pile-Plank Structures[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(6): 1222-1231. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191096

深埋式桩板结构桥-隧过渡段动力响应特征分析

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191096
基金项目: 国家自然科学基金(51878671,51678575);中国铁路总公司科技研究开发计划(2014T003-D)
详细信息
    作者简介:

    李双龙(1991—),男,博士研究生,研究方向为岩土工程,E-mail:lsl_7631@163.com

    通讯作者:

    魏丽敏(1965—),女,教授,博导,研究方向为岩土工程,E-mail:lmwei@csu.edu.cn

  • 中图分类号: U213

Dynamic Response Characteristics of Bridge-Tunnel Transition Section with Deep Buried Pile-Plank Structures

  • 摘要:

    为了解深埋式桩板结构桥-隧过渡段的动力特性及过渡性能,在沪昆高铁某工点过渡区(含隧道口、过渡段及桥台)开展现场动力响应测试,分析不同车型、车速及行车方向等工况下过渡区的动力响应分布规律;并建立考虑车辆-轨道-路基耦合振动数值模型,研究过渡区的线路平顺性及桩板结构过渡段的动应力分布. 研究结果表明:不同车型列车激励下,过渡区振动加速度及动位移有效值的最大值分别为0.85 m/s2、0.034 mm,过渡段的振动水平要比隧道及桥台的更低;过渡段动力响应有效值随车速增大而增大,其增幅比隧道与桥台的更小;行车方向对过渡段与桥台连接区域的动力响应影响较大,对其他断面影响微弱;列车以300 km/h车速经过该过渡区时,过渡区钢轨挠度最大变化率约为0.149 mm/m,车体竖向加速度最大值为0.74 m/s2;桩板结构的存在能够将列车荷载传递至深部地基,使浅层地基土体承受的动力作用降低.

     

  • 图 1  桥-隧过渡区结构概况(单位:m)

    Figure 1.  Schematic profile of the transition zone (unit: m)

    图 2  桩板结构尺寸(单位:m)

    Figure 2.  Pile-plank structure (unit: m)

    图 3  监测布置

    Figure 3.  Layout of monitoring instruments

    图 4  不同车型振动加速度和动位移有效值对比

    Figure 4.  Comparison of effective values of acceleration and displacement under different train types

    图 5  不同车速列车激励振动响应对比

    Figure 5.  Comparison of dynamic responses underdifferent train speeds.

    图 6  不同行车方向动力响应对比

    Figure 6.  Comparison of dynamic responses in two driving directions

    图 7  相邻测试断面间的加速度变化

    Figure 7.  Acceleration changes between adjacent test sections

    图 8  数值模型建立(单位:m)

    Figure 8.  Establishment of numerical model (unit:m)

    图 9  模拟值与实测值对比(测点S2-3)

    Figure 9.  Comparison between the numerical results and the field measurements (Point S2-3)

    图 10  基床竖向动应力分布

    Figure 10.  Vertical dynamic stress distribution of the subgrade

    图 11  基床及地基竖向动应力沿深度分布

    Figure 11.  Distribution of vertical dynamic stress along the depth of subgrade and foundation

    图 12  过渡区钢轨位移和等效刚度分布

    Figure 12.  Distribution of the rail displacement and equivalent stiffness in the transition zone

    图 13  列车经过过渡区时的竖向加速度分布

    Figure 13.  Vertical acceleration distribution of the train passing through the transition zone

    表  1  车辆参数与扣件参数

    Table  1.   Vehicle parameters and fastener parameters

    车体及扣件参数数值
    车体质量 Mv/kg44 320
    转向架质量 Mb/kg3 136
    轮对质量 Mw/kg2 352
    一系悬挂刚度 Kpz/(kN•m−11 040
    二系悬挂刚度 Ksz/(kN•m−1400
    扣件刚度 Krz/(MN•m−160
    一系悬挂阻尼 Cpz/(kN•s•m−140
    二系悬挂阻尼 Csz/(kN•s•m−160
    扣件阻尼 Crz/(kN•s•m−160
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    表  2  过渡区各结构层材料属性

    Table  2.   Material properties of components in the transition zone

    结构层弹性模量/GPa泊松比密度/(kg•m−3黏聚力/kPa内摩擦角/(°)阻尼比
    钢轨205.9000.3078300.01
    轨道板32.5000.1625000.03
    底座板25.5000.1625000.03
    基床表层0.54000.30200034580.08
    基床底层0.9200.25210029270.07
    承载板56.0000.2025000.02
    钻孔桩38.0000.2025000.03
    粉质黏土0.0350.30193024160.10
    灰岩0.6000.2920900.09
    桥台30.0000.2023000.02
    简支梁22.0000.1825500.03
    隧道基岩12.0000.2023000.04
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    表  3  模拟值与实测值对比

    Table  3.   Comparison between the numerical results and the field measurements

    项目名称 加速度 速度
    实测值/(m•s−2 模拟值/(m•s−2 差异/% 实测值/
    (× 10−3 m•s−1
    模拟值/
    (× 10−3 m•s−1
    差异/%
    底座板内侧测点 B0-3 0.190 0.170 10.5 0.940 0.89 5.3
    S1-3 0.250 0.270 8.0 0.860 0.820 4.7
    S2-3 0.170 0.160 5.9 0.800 0.690 13.8
    S3-3 0.150 0.110 26.7 0.470 0.460 2.1
    T0-3 0.460 0.250 45.6 1.420 0.930 34.5
    路基中心线测点 B0-4 0.127 0.121 4.1 0.723 0.636 12.1
    S1-4 0.114 0.129 13.1 0.391 0.357 8.8
    S2-4 0.077 0.070 10.0 0.320 0.288 10.2
    S3-4 0.071 0.055 23.0 0.247 0.209 15.5
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  • [1] 苏谦, 罗照新, 王迅. 高速铁路路基非埋式桩板结构理论与实践[M]. 北京: 中国铁道出版社, 2011: 12-13.
    [2] 张树明,蒋关鲁,杜登峰,等. 新型桩板结构路基在季节冻土区的适用性[J]. 西南交通大学学报,2021,56(3): 541-549.

    ZHANG Shuming, JIANG Guanlu, DU Dengfeng, et al. Applicability of novel pile-plank embankment in seasonally frozen regions[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(3): 541-549.
    [3] 中华人民共和国铁道部. 铁路工程地基处理技术规程: TB 10106—2010[S]. 北京: 中国铁道出版社, 2010.
    [4] 詹永祥,蒋关鲁,牛国辉,等. 桩板结构路基动力模型试验研究[J]. 岩土力学,2008,29(8): 2097-2101,2110.

    ZHAN Yongxiang, JIANG Guanlu, NIU Guohui, et al. Model experimental research on dynamic performance of pile-plank embankment[J]. Rock and Soil Mechanics, 2008, 29(8): 2097-2101,2110.
    [5] 苏谦,王武斌,白皓,等. 非埋式桩板结构路基承载机制[J]. 交通运输工程学报,2012,12(1): 19-24.

    SU Qian, WANG Wubin, BAI Hao, et al. Bearing capacity mechanism of non-embedded pile-plank structure subgrade[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2012, 12(1): 19-24.
    [6] 梁波,邓剑辰. 桩板结构路基的动力响应分析[J]. 铁道学报,2008,30(5): 80-84.

    LIANG Bo, DENG Jianchen. Analysis on dynamic responses of subgrade with the pile-plank structure[J]. Journal of the China Railway Society, 2008, 30(5): 80-84.
    [7] 马坤全. 高速行车条件下桩板结构-地基土系统的空间振动性能分析[J]. 铁道学报,2013,35(1): 93-100.

    MA Kunquan. Analysis on space vibration performance of pile-plank structure-foundation soil system under the condition of high-speed trains running[J]. Journal of the China Railway Society, 2013, 35(1): 93-100.
    [8] 苏谦,白皓,黄俊杰,等. 埋入式连续桩板结构温度效应计算方法[J]. 西南交通大学学报,2012,47(2): 181-186.

    SU Qian, BAI Hao, HUANG Junjie, et al. Calculation method for embedded continuous pile-board structure under thermal stresses[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2012, 47(2): 181-186.
    [9] 国家铁路局. 高速铁路设计规范: TB 10621—2014[S]. 北京: 中国铁道出版社, 2014.
    [10] 魏丽敏, 何重阳, 杨哲. 沪昆铁路客运专线南昌西至宜春东段高速综合试验研究报告[R]. 长沙: 中南大学, 2014.
    [11] PAIXAO A, FORTUNATO E, CALCADA R. Transition zones to railway bridges:track measurements and numerical modelling[J]. Engineering Structures, 2014, 80: 435-443. doi: 10.1016/j.engstruct.2014.09.024
    [12] 瀚邦. 峰值、有效值和平均值的使用[J]. 噪声与振动控制,1984(3): 26.
    [13] ANG K K, DAI J. Response analysis of high-speed rail system accounting for abrupt change of foundation stiffness[J]. Journal of Sound and Vibration, 2013, 332(12): 2954-2970.
    [14] SANUDO R, CERRADA M, ALONSO B, et al. Analysis of the influence of support positions in transition zones. a numerical analysis[J]. Construction and Building Materials, 2017, 145: 207-217. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.03.204
    [15] LI D, SELIG E T. Method for railroad track foundation design. I:development[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 1998, 124(4): 316-322. doi: 10.1061/(ASCE)1090-0241(1998)124:4(316)
    [16] ZHAI W M, SUN X. A detailed model for investigating vertical interactions between railway vehicle and track[J]. Vehicle System Dynamics, 1994, 23: 603-615. doi: 10.1080/00423119308969544
    [17] 刘文劼,梅慧浩,冷伍明,等. 路基基床动应力响应特征的数值模拟研究[J]. 铁道学报,2017,39(12): 108-1.

    LIU Wenjie, MEI Huihao, LENG Wuming, et al. Numerical analysis of dynamic stress response characteristics of subgrade bed[J]. Journal of the China Railway Society, 2017, 39(12): 108-1.
    [18] 薛富春,张建民. 移动荷载下高铁路基段振动加速度频谱衰减特性[J]. 岩土力学,2015,36(增刊1): 445-451.

    XUE Fuchun, ZHANG Jianming. Attenuations of acceleration spectra of high-speed railway embankment subjected to moving loads[J]. Rock and Soil Mechanics, 2015, 36(S1): 445-451.
    [19] HU P, ZHANG C, WEN S, et al. Dynamic responses of high-speed railway transition zone with various subgrade fillings[J]. Computers and Geotechnics, 2019, 108: 17-26. doi: 10.1016/j.compgeo.2018.12.011
    [20] 聂志红,阮波,李亮. 秦沈客运专线路堑段基床结构动态测试分析[J]. 振动与冲击,2005,24(2): 30-32,146.

    NIE Zhihong, RUAN Bo, LI Liang. Testing and analysis on dynamic performance of subgrade of QingShen Railway[J]. Journal of Vibration and Shock, 2005, 24(2): 30-32,146.
    [21] 郭志广,魏丽敏,何群,等. 武广高速铁路无砟轨道路基动力响应试验研究[J]. 振动与冲击,2013,32(14): 148-152,163.

    GUO Zhiguang, WEI Limin, HE Qun, et al. Tests for dynamic response of ballastless track subgrade of wu-guang high-speed railway[J]. Journal of Vibration and Shock, 2013, 32(14): 148-152,163.
    [22] ESVELD C. Modern railway track[M]. Zaltbommel: MRT-Production, 2001: 480-481.
    [23] 陈小平,王平. 时速350 km客运专线无砟道岔的合理轨道刚度研究[J]. 铁道标准设计,2010(3): 1-3.

    CHEN Xiaoping, WANG Ping. Study on reasonable orbital stiffness of ballastless turnouts in passenger dedicated lines with a speed of 350km/h[J]. Railway Standard Design, 2010(3): 1-3.
    [24] 蔡成标,徐鹏. 弹性支承块式无砟轨道结构参数动力学优化设计[J]. 铁道学报,2011,33(1): 69-75.

    CAI Chengbiao, XU Peng. Dynamic optimization design of the structural parameters of low vibration track[J]. Journal of the China Railway Society, 2011, 33(1): 69-75.
    [25] 铁道部标准计量研究所. 铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准: TBT 2360—1993[S]. 北京: 中华人民共和国铁道部, 1993.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-11-13
  • 修回日期:  2020-05-06
  • 网络出版日期:  2020-05-14
  • 刊出日期:  2020-05-14

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