• ISSN 0258-2724
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弹射冲击荷载下高速铁路路基振动加速度时频特性

尹紫红 曾毅 魏鸿琳 殷芝 高晶晶

尹紫红, 曾毅, 魏鸿琳, 殷芝, 高晶晶. 弹射冲击荷载下高速铁路路基振动加速度时频特性[J]. 西南交通大学学报, 2023, 58(1): 219-226. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20211034
引用本文: 尹紫红, 曾毅, 魏鸿琳, 殷芝, 高晶晶. 弹射冲击荷载下高速铁路路基振动加速度时频特性[J]. 西南交通大学学报, 2023, 58(1): 219-226. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20211034
YIN Zihong, ZENG Yi, WEI Honglin, YIN Zhi, GAO Jingjing. Time-Frequency Characteristics of Vibration Acceleration of High-Speed Railway Subgrade Under Ejection Impact Load[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2023, 58(1): 219-226. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20211034
Citation: YIN Zihong, ZENG Yi, WEI Honglin, YIN Zhi, GAO Jingjing. Time-Frequency Characteristics of Vibration Acceleration of High-Speed Railway Subgrade Under Ejection Impact Load[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2023, 58(1): 219-226. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20211034

弹射冲击荷载下高速铁路路基振动加速度时频特性

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20211034
基金项目: 国家重点研发计划(VP99QT136Y17001);陕西省教育厅2020年度一般专项科学研究计划项目(20JK0580)
详细信息
    作者简介:

    尹紫红(1971—),男,副教授,博士,研究方向为道路与铁道工程,E-mail:71yzh@163.com

  • 中图分类号: U238;E956

Time-Frequency Characteristics of Vibration Acceleration of High-Speed Railway Subgrade Under Ejection Impact Load

  • 摘要:

    高速铁路具有运营时速快、平顺性高等特点,将其作为列车机动发射站坪具有一定的优势,其振动加速度作为高铁路基结构破坏的关键参数有重要的研究价值. 借助ANSYS有限元分析软件,结合弹塑性理论并引入三维一致粘弹性人工边界及其边界单元,建立半无限长无砟轨道-路基-地基非线性耦合静力学分析模型;在此基础上进行模态分析,得到了模型系统的振型、固有频率,进而建立了动力分析模型,并对比弹性地基梁板模型进行模型验证;基于上述动力分析模型,结合弹射冲击荷载得到了各结构层加速度时域信号;最后,基于EEMD-HHT变换对加速度信号进行时频分析. 研究结果表明:各结构层加速度在荷载突变处取得瞬时加速度峰值,在0.17 s处取得加速度幅值;各结构层加速度成分主要分布在0~20 Hz,其中,2 Hz及10 Hz两处有明显峰值,且在2 Hz附近分布最为集中;自密实混凝土层、底座板、基床表层几乎没有发生加速度成分的吸收,而基床底层及以下有较大幅的吸收,因此,应重点关注0~20 Hz超低频范围内的基床表层及以上结构层的动力响应.

     

  • 图 1  模型前六阶主振型

    Figure 1.  The first six principal modes of the model

    图 2  荷载时程曲线

    Figure 2.  Time-history curve of acceleration

    图 3  加载位置

    Figure 3.  Loading location

    图 4  模型动应力对比

    Figure 4.  Comparison of dynamic stress of models

    图 5  加速度时程曲线

    Figure 5.  Acceleration time history curves

    图 6  各结构层典型固有模态

    Figure 6.  Typical natural modes of structural layers

    图 7  各结构层加速度瞬时幅值

    Figure 7.  Instantaneous acceleration amplitude of structural layers

    图 8  荷载突变时加速度衰减曲线

    Figure 8.  Acceleration attenuation curves at the time of sudden load change

    图 9  各结构层HHT边谱图

    Figure 9.  HHT side spectra of structural layers

  • [1] 国家发改委,交通运输部,国家铁路局,中国铁路总公司. 铁路“十三五”发展规划[J]. 隧道建设(中英文),2017,37(12): 1584.
    [2] GAO G Y, BI J W, CHEN Q S, et al. Analysis of ground vibrations induced by high-speed train moving on pile-supported subgrade using three-dimensional FEM[J]. Journal of Central South University, 2020, 27(8): 2455-2464. doi: 10.1007/s11771-020-4461-4
    [3] 牛婷婷,刘汉龙,丁选明,等. 高铁列车荷载作用下桩网复合地基振动特性模型试验[J]. 岩土力学,2018,39(3): 872-880. doi: 10.16285/j.rsm.2016.0680

    NIU Tingting, LIU Hanlong, DING Xuanming, et al. Piled embankment model test on vibration characteristics under high-speed train loads[J]. Rock and Soil Mechanics, 2018, 39(3): 872-880. doi: 10.16285/j.rsm.2016.0680
    [4] 张鲁顺. 高速铁路无砟轨道列车荷载传递特征及机理研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2020.
    [5] 周颖,陈瑾. 轨道-路基体系一致动力相似设计方法与动力试验[J]. 同济大学学报(自然科学版),2019,47(6): 815-823,841.

    ZHOU Ying, CHEN Jin. Uniform dynamic similitude method and experimental study for the track-subgrade system[J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2019, 47(6): 815-823,841.
    [6] 章皖凯. 高速列车运行诱发的轨道-路基-地基结构振动及隔振技术研究[D]. 徐州: 中国矿业大学, 2019.
    [7] 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1): 445-451.

    XUE Fuchun, ZHANG Jianmin. Attenuations of acceleration spectra of high-speed railway embankment subjected to moving loads[J]. Rock and Soil Mechanics, 2015, 36(S1): 445-451.
    [8] 马利衡,梁青槐,谷爱军,等. 沪宁城际高速铁路路基段振动试验研究及数值分析[J]. 铁道学报,2014,36(1): 88-93.

    MA Liheng, LIANG Qinghuai, GU Aijun, et al. Experimental study and numerical analysis on vibrations of subgrades of Shanghai-Nanjing intercity high-speed railway[J]. Journal of the China Railway Society, 2014, 36(1): 88-93.
    [9] LI N, LONG G C, FU Q, et al. Dynamic mechanical characteristics of filling layer self-compacting concrete under impact loading[J]. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2019, 19(3): 851-861. doi: 10.1016/j.acme.2019.03.007
    [10] 裴承杰. 冲击荷载作用下CRTS Ⅲ型板式轨道-路基动力特性研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2016.
    [11] 武思思. 基于瞬态冲击响应的CRTS Ⅱ型板式无砟轨道脱空检测方法研究[D]. 石家庄: 石家庄铁道大学, 2018.
    [12] 崔树坤. 扣件弹性垫板刚度对CRTSⅠ型板式无砟轨道冲击疲劳特性的影响研究[D]. 北京: 中国铁道科学研究院, 2019.
    [13] 毕澜潇,赵林,赵坪锐,等. 无砟轨道轮轨垂向冲击荷载实用计算式[J]. 中国铁道科学,2020,41(6): 20-29. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2020.06.03

    BI Lanxiao, ZHAO Lin, ZHAO Pingrui, et al. Practical calculation formula for vertical wheel/rail impact load of ballastless track[J]. China Railway Science, 2020, 41(6): 20-29. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2020.06.03
    [14] 尹紫红,朱仁政. 弹射冲击荷载下重载铁路路基动应力特征[J]. 中国铁道科学,2020,41(5): 20-30. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2020.05.03

    YIN Zihong, ZHU Renzheng. Dynamic stress characteristics of subgrade system for heavy haul railway under ejection impact load[J]. China Railway Science, 2020, 41(5): 20-30. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2020.05.03
    [15] 聂志红,李亮,刘宝琛,阮波. 秦沈客运专线路基振动测试分析[J]. 岩石力学与工程学报,2005,24(6): 1067-1071. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2005.06.030

    NIE Zhihong, LI Liang, LIU Baochen, et al. Testingandanalysis on vibration of subgrade for Qinhuangdao—Shenyang railway[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2005, 24(6): 1067-1071. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2005.06.030
    [16] 汪冬生,吴铁君. ANSYS中的钢筋混凝土单元[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2004,28(4): 526-529.

    WANG Dongsheng, WU Tiejun. Reinforced concrete units in ANSYS software[J]. Journal of Wuhan University of Technology (Transportation Science & Engineering), 2004, 28(4): 526-529.
    [17] 孔位学,芮勇勤,董宝弟. 岩土材料在非关联流动法则下剪胀角选取探讨[J]. 岩土力学,2009,30(11): 3278-3282. doi: 10.3969/j.issn.1000-7598.2009.11.010

    KONG Weixue, RUI Yongqin, DONG Baodi. Determination of dilatancy angle for geomaterials under non-associated flow rule[J]. Rock and Soil Mechanics, 2009, 30(11): 3278-3282. doi: 10.3969/j.issn.1000-7598.2009.11.010
    [18] 陈万祥,郭志昆,袁正如,等. 地震分析中的人工边界及其在LS-DYNA中的实现[J]. 岩石力学与工程学报,2009,28(增2): 3504-3515. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2009.z2.032

    CHEN Wanxiang, GUO Zhikun, YUAN Zhengru, et al. Artificial boundary for seismic analysis and its applications in LS-DYNA[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2009, 28(S2): 3504-3515. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2009.z2.032
    [19] 谷音,刘晶波,杜义欣. 三维一致粘弹性人工边界及等效粘弹性边界单元[J]. 工程力学,2007,24(12): 31-37. doi: 10.3969/j.issn.1000-4750.2007.12.006

    GU Yin, LIU Jingbo, DU Yixin. 3D consistent viscous-spring artificial boundary and viscous-spring boundary element[J]. Engineering Mechanics, 2007, 24(12): 31-37. doi: 10.3969/j.issn.1000-4750.2007.12.006
    [20] 刘晶波, 杜义欣, 闫秋实. 粘弹性人工边界及地震动输入在通用有限元软件中的实现[C]//第三届全国防震减灾工程学术研讨会论文集. 南京: [出版者不详], 2007: 43-48
    [21] 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.
    [22] 尹紫红,朱仁政. 弹射冲击荷载作用下有砟铁路路基参数敏感性研究[J]. 地震工程与工程振动,2019,39(4): 204-212.

    YIN Zihong, ZHU Renzheng. Parameters sensitivity research of ballast railway subgrade under ejection impact loading[J]. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics, 2019, 39(4): 204-212.
    [23] 张震东,马大为,胡建国,等. 弹射冲击载荷作用下沥青混凝土路面面层的损伤[J]. 工程力学,2015,32(10): 161-168. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.02.0111

    ZHANG Zhendong, MA Dawei, HU Jianguo, et al. Damage of surface layer of asphalt concrete pavement under launching impact load[J]. Engineering Mechanics, 2015, 32(10): 161-168. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.02.0111
    [24] 袁成林. 强冲击作用下发射场坪动力响应研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2018.
    [25] 杨邦强. 特种荷载作用下铁路轨道路基试验研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2017.
    [26] 赵坪锐,章元爱,刘学毅,等. 无砟轨道弹性地基梁板模型[J]. 中国铁道科学,2009,30(3): 1-4. doi: 10.3321/j.issn:1001-4632.2009.03.001

    ZHAO Pingrui, ZHANG Yuanai, LIU Xueyi, et al. Beam-plate model on the elastic foundation of ballastless track[J]. China Railway Science, 2009, 30(3): 1-4. doi: 10.3321/j.issn:1001-4632.2009.03.001
    [27] 钟佑明,秦树人,汤宝平. 希尔伯特黄变换中边际谱的研究[J]. 系统工程与电子技术,2004,26(9): 1323-1326. doi: 10.3321/j.issn:1001-506X.2004.09.046

    ZHONG Youming, QIN Shuren, TANG Baoping. Study on the marginal spectrum in Hilbert-Huang transform[J]. Systems Engineering and Electronics, 2004, 26(9): 1323-1326. doi: 10.3321/j.issn:1001-506X.2004.09.046
    [28] 李舜酩, 李香莲. 振动信号的现代分析技术与应用[M]. 北京: 国防工业出版社, 2008.
    [29] 胡爱军,孙敬敬,向玲. 经验模态分解中的模态混叠问题[J]. 振动测试与诊断,2011,31(4): 429-434,532.

    HU Aijun, SUN Jingjing, XIANG Ling. Mode mixing in empirical mode decomposition[J]. Journal of Vibration, Measurement & Diagnosis, 2011, 31(4): 429-434,532.
    [30] 张建民, 薛富春, 张雷, 等. 高速铁路路桥过渡段沉降机理及防护理论研究[R]. 北京: 清华大学, 2014.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-13
  • 修回日期:  2022-03-17
  • 网络出版日期:  2022-10-13
  • 刊出日期:  2022-03-24

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