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1、马立秋,等:高速铁路涵洞覆土厚度选择的动应力分析·47·3高速铁路涵洞覆土厚度选择的动应力分析马立秋张国祥(中南大学土木建筑学院湖南长沙410075)摘要介绍秦沈客运专线试验段上,通过对两个洞顶填土厚度不同的涵洞顶板进行的动应力测试,得到高速列车荷载作用下涵洞顶板对行车速度动响应的变化规律,以及涵洞洞顶不同填土厚度对列车运行平稳性的影响,为高速铁路的涵洞设计提供参数。关键词高速铁路动应力测试路基填土厚度秦沈客运专线全线涵洞洞顶的填土高大多数均1前言大于115m,在山海关至绥中时速300km的试验在涵洞与路基过渡段中,由于涵
2、洞洞顶填土厚段中,考虑到试验的需要,一些涵洞洞顶的填土厚度不同,引起涵洞与两侧路基沉降不同,以及涵洞在设计时未达到115m。在这些涵洞中本试验采用与路基刚度的不均匀性,这些因素会直接影响高速其中两个涵洞的数据,这两个涵洞的简要情况见表1。列车运行安全、旅客舒适度以及工程造价,对涵洞表1单孔盖板涵洞试验简况表结构和轨道的受力会产生不利影响。目前,国内对跨度斜交角洞高线路坡线路曲线填土里程于涵洞洞顶填土厚度的确定,主要是参考国外的规/m/(°)/m度/‰半径/m厚/m范及资料确定。由于岩土性质的特殊性和差异性,DK40+929
3、310163151255000186高速列车与轨道、路基及涵洞等相互作用的复杂DK69+85731045315770001164性,其适用性和可靠性需现场试验的验证。因此在注:表中斜交角为线路法线与涵洞轴线的交角。秦沈客运专线山海关至绥中时速300km的试验段212测试仪器选取六处涵洞进行现场轨道、路基及涵洞的动力测应变仪采用DH3840动态电阻应变仪。采集仪试,通过试验要达到如下目的:器采用INV306D(F)数据采集仪及其配套采集软(1)测试在不同洞顶填土厚度情况下列车运件DASP,能够适应较高的采集频率,最高能同时行
4、平稳性,分析洞顶填土厚度对行车的影响;完成32个通道的动态采集工作,基本上能自动完(2)进一步确定在满足列车运行安全及旅客成数据的采集及分析处理。传感器为双油腔结构的舒适度的情况下经济合理的涵洞洞顶最小填土厚BY-1型动静态传感器,传力均匀,灵敏度高,度值;直接感应应变值,再根据事先标定的“压力—应(3)进一步确定各种填土厚度下涵洞结构的变”曲线得到洞顶压力值。同时在涵洞中心安置受力情况、动力作用传递规律、冲击系数;应答器,由车载设备提供列车驶经涵洞时的运行平(4)通过试验与分析,为客运专线与京沪高稳性等数据。速铁路的设计
5、“暂规”提供修改建议。213测点布置本文主要根据不同填土厚度涵洞的动力测试数在下行线中心线附近涵洞顶板内贴应变片,沿据,分析涵洞顶板对速度动力响应之间的规律及不线路横向布置4个动应变测点,如图1所示。同填土厚度对列车运行平稳性的影响。2现场测试试验列车为“中华之星”动车组,由2个动车和3个拖车组成,动车轴重19510kN,轴距310m,拖车轴重13010kN,轴距2156m。预定行车速度从160km/h开始以10km/h为一档逐渐增加到270km/h,每档速度开行三个往返,地面准静态标定速度为510km/h。211涵洞简况
6、3测试结果及分析涵洞洞顶的动力响应受到各种因素的影响,如3基金项目:铁道部科技开发计划项目(2000G48-F)。机车类型、轴重、行车速度、线路不平顺状态、轨马立秋,男,硕士。·48·全国中文核心期刊路基工程2006年第3期(总第126期)[2]道结构标准等,这里主要研究行车速度引起的由图4中0186m和1164m填土厚度涵洞洞顶影响。实测速度在15915km/h和27217km/h之应力与速度分布图可以看出:间,典型的动应力波形如图2所示,各极值点即是(1)填土厚度为0186m的涵洞底板应力随速列车轮对经过该点时,产生一
7、个加、卸载过程所引度的增加有一变化过程,先是随着速度的增加应力起的动应力响应。测点的动应力取列车经过该点时也增加,但到了一定的速度后顶板底应力反而减的最大值,动力系数为该动应力除以5km/h的准小,随后顶板应力又有所增加;静态标定速度下该点的动应力的商值。(2)填土厚度为1164m的涵洞底板应力随列车速度的变化没有大的变化。在相同的速度下,0186m涵洞底板应力明显比1164m涵洞底板应力高,这说明填土厚度越薄,涵洞底板应力越大。这表明填土厚度不同,造成涵洞上路基刚度也不同,涵洞与正常路基之间刚度变化显著,所以顶板应力也就
8、明显不同。311动力系数与速度、填土厚度关系(1)试验中列车、线路及路基状态不变。观察涵洞顶板H1测点的速度与动力系数关系图,可以得到涵洞顶板对速度动响应的变化规律。在实测的速度范围内,行车速度从15915km/h开始增加,涵洞顶板的动力系数随着速度的增加而逐渐变大,但行车速度增加到一定数值,动力系数达
