• 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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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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