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1、高速铁路路桥过渡段路基动响应特性研究振 动 与 冲 击第25卷第3期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVol.25No.32006 陈雪华 律文田 王永和(中南大学土木建筑学院,长沙 410075)通过现场实测,对秦沈客运专线动力分散型机车在某路桥过渡段高速行车条件下的动响应规律进行了研 摘 要 究。分析了沿路桥过渡段线路纵向的动应力分布规律、列车速度和动应力的关系,以及动应力沿路基深度方向的变化规律等。分析表明:沿铁路线纵向随车速的增大,动应力有不同程度的增加;动应力随路基深度的增加衰减很快,并且随着深度的增加,动应
2、力值和静态应力值越来越接近;过渡段路基速度动力系数小于0.3,用速度动力系数能够直观地表示速度对路基的动力作用。关键词:高速铁路,路桥过渡段,动响应,路基中图分类号:U213.1文献标识码:A0 引 言随着铁路向高速重载方向发展,作为轨下基础的路基发挥出越来越重要的作用。列车速度的提高对铁路路基的要求也越来越高。铁路路基基床承受列车和轨道荷载,必须具有足够的强度和稳定性,若基床出现下沉病害,将影响线路质量和行车速度,[1]桥过渡段处尤为突出长度的过渡段,,变形,保证列车安全舒适地运行。目前,我国的路基设计方法仍以静态或准静态为主;显然随着
3、高速铁路的发展,这一设计方法已经不合时宜。为了研究列车在高速运行情况下,路基动应力的变化规律,日本[2][3]曾对路基动应力与下沉进行了试验,刘林芽等利用有限元法,通过建立车辆轨道耦合系统竖向振动分析模型,对列车经过路桥过渡段时轨道结构的动力学[4]性能进行评价。杨灿文等研究认为,路基面动应力随车速(低于140km/h)的提高有增加趋势,速度的影[5]响随深度增人而减小;曹新文等通过模型试验得出,路基动应力与轴重成正比;随运行速度增加,路基动应力增大;李世军等通过引入波传导单元和完全的能量传递边界,用有限元法分析了铁路路基在高速列车[]作
4、用下的动力反应;罗强等[8,12,13]。在秦沈客运专,在路基中分层埋没了土压力盒和加速度传感器,利用动态测试仪器进行测试分析。本文主要研究了路桥过渡段路基动应力的变化规律。[6]1 试验概况111 路桥过渡段形式 路基部分采用倒梯形过渡形式,利用级配碎石分层填筑并增加土工格栅加强台后填筑质量,以使桥台与路基之间的刚度平缓过渡。桥台与路基过渡段的基床表层下采用土工格栅填筑,该过渡段形式如图1所示,图中H=4.2m。路基基底至基床表层下填筑级配碎石,路基横断面两侧填筑A、B组粗粒土,期间分层铺设土工格栅,土工格栅间距0.3m,每层与桥台尾
5、相接处,包裹反折5.0m压铺于上层填土之上。图1 过渡段形式112 测试元件的埋设及测试系统基金项目:铁道部科技研究开发计划项目(2000G047-C)收稿日期:2005-03-25 修改稿收到日期:2005-05-09第一作者陈雪华男,博士生,1966年2月生 为研究过渡段线路纵向和深度方向在基床中的动响应变化规律,故在过渡段路基的线路纵向和垂直横96振动与冲击2006年第25卷剖面方向都布设传感器。在过渡段线路纵向的下行线上,沿基床表层顶面的水平方向,自桥台背起,按间距为2.4m依次布设了8个土压力盒和8个加速度传感器,其中土压力盒
6、距轨枕端面30cm,加速度传感器距轨枕端面80cm(如图2)。另外在垂直剖面方向上距桥台背3m、10m和15m处共埋设10个土压力盒(如图3)。其中距离桥台背9.6m和19.2m两处的土压力盒在测试之前已经损坏。2 试验数据分析211 沿铁路线纵向动应力分布规律 图4(a)表示试验列车在不同车速下纵向上各测点最大动应力变化曲线,图4(b)给出的是纵向上各测点图2 沿线路纵向元件的埋设最大动应力与行车速度的关系。影响路基动应力的因素很多,如机车类型、行车速度、轨道刚度、基础、路基结构和周围环境等都会对动应力产生不同程度的影[9]响。但本次
7、试验中,由于试验列车的轴重、线路与路基状态等方面影响因素保持不变,行车速度是影响路基动应力变化的主要因素。从图4(a)可以看出,在纵向上动应力随车速的增加呈现不同幅度的增大,并且都大于车速5km/h下的准静态应力值。在同一车速下,过渡段基床面动应力随距桥台背距离增大而呈波动下降趋势。当车速小于200km/h的情况下,动应力曲线形状是相同的,呈现出波动曲线形状,距离桥台背7.2m和14.4m两处,,14.25kPa在距桥台背16.8m处.61kPa。当列车时速/h时,其值图3 断面图(距桥台背10m处)土压力盒为BY-1型双油腔式土压力传感
8、器,加速度传感器采用ZFCJ01型固态加速度传感器。测试时将土压力盒(或加速度传感器)通过DH5935动态应变仪(或INV306G智能数据自动采集处理分析仪)联接到计算机上。列车通过时,计算机
