铁道工程学报

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王建望, 苏成, 宁啸青, 张强

铁道工程学报. 2021, 38(5): 1-6.

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研究目的: 基坑的支护结构体系受力特征是评价基坑稳定性和安全性的一个重要指标。为了研究两端临空明挖深基坑主体结构力学特性,本文以青山湖湖底隧道两端临空深基坑工程为研究背景,根据该明挖深基坑工程的设计、施工方案和现场监测数据,利用有限元分析软件对基坑开挖的动态过程进行数值模拟,对基坑周围土体竖向和水平位移、基坑支护结构的变形特征和受力特性进行研究,并结合现场监测数据进行了对比分析。
研究结论: (1)通过模拟数据分析,基坑开挖对周围土体的主要影响范围为距离基坑两侧0~17 m,越靠近基坑处土体水平位移量越大且土体有向基坑内侧方向位移的趋势,坑底土体以隆起变形为主,在回填过程中,土体隆起程度有所下降;(2)结合现场监测数据,地下连续墙中部计算模拟曲线与监测曲线变化总体上趋势较一致,水平位移量随深度呈增加-减小趋势,连续墙中部位置位移变化量较大;(3)基坑的支撑体系在开挖回填过程中处于动态变化过程,随着开挖过程的进行,支撑轴力呈线性增大的趋势;(4)该研究成果可为两端临空明挖复杂地质环境下深基坑的施工方案设计和安全评估提供依据。

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抗滑桩-锚索框架组合结构受力机制研究

陈建峰, 陈思贤, 杜长城, 石振明, 彭铭

铁道工程学报. 2021, 38(5): 7-12.

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研究目的: 目前对抗滑桩-锚索框架组合结构的受力机制还不清楚,本文以四川省东北部某一锚索框架加固边坡的滑坡为分析对象,提出抗滑桩-锚索框架组合结构加固边坡的方案。采用三维有限元程序MIDAS/GTS模拟锚索框架加固边坡的稳定性,进而模拟抗滑桩-锚索框架组合结构加固边坡方案的稳定性,分析在不同强度折减系数下抗滑桩、锚索的受力特性,以及抗滑桩和锚索的荷载分担规律,以探讨该组合结构的受力机制。
研究结论: (1)采用强度折减法计算的锚索框架加固边坡的滑动面位置与实际滑坡情况一致,稳定性系数接近极限状态,计算得到的抗滑桩-锚索框架组合结构加固边坡方案稳定性系数满足规范要求;(2)随着土体强度折减系数增大,锚索承担边坡下滑力的比例减小,而抗滑桩承担边坡下滑力的比例增大,设计时不应人为地规定抗滑桩和锚索的荷载分担比例;(3)由于抗滑桩需要在边坡坡体产生一定量的位移后才能充分发挥作用,应将抗滑桩设置在牵引式滑坡的下缘或推动式滑坡的上缘,使之与锚索框架支护协同发挥抗滑作用;(4)本研究成果可为抗滑桩-锚索框架组合结构的设计提供理论依据。

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平行车站共壁基坑三维分析与变形控制

李连祥, 刘嘉典, 张强, 仇晖贾斌, 郑英杰

铁道工程学报. 2021, 38(5): 13-18.

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研究目的: 随着轨道交通发展,新建地铁车站可能紧邻既有车站形成平行车站,进而存在两个车站基坑共用部分围护结构形成具有共壁围护的结构体系。针对济南R1、R2线地铁平行换乘枢纽共壁基坑项目,本文分别进行三维有限元分析与传统平面分析,并提出变形控制措施与优化方案。
研究结论: (1)共壁结构变形模式区别于一般围护结构,既有车站施工导致的共壁结构前序变形会对新建车站非共壁侧围护结构产生不利影响;(2)新建车站基坑开挖时,既有车站主体结构发生不均匀竖向位移;(3)加固新建车站坑底土体可改善新建车站围护变形,保障既有车站运营安全;(4)本研究成果可改善现有设计理念对共壁结构变形认识不足的现状,通过案例二维与三维分析过程,提出平面设计结合三维有限元分析的基坑支护设计方法,对于复杂基坑的设计、施工和促进基坑工程绿色发展具有重要意义。

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考虑渗流影响的基坑临近地基承载力FELA分析

徐鹏, 李婷, 杨广庆

铁道工程学报. 2021, 38(5): 19-24.

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研究目的: 基坑施工将使临近地基承载力下降,进而对临近结构产生附加影响。考虑目前基坑临近地基承载力的研究中通常忽略渗流的影响,因此本文采用有限元极限分析法对渗流环境下的基坑临近地基承载力进行计算分析,研究条形荷载、锚杆、地下水位与填土强度等对基坑临近地基承载力的影响。
研究结论: (1)通过对比发现,有限元极限分析法计算值接近传统弹塑性有限元法以及极限平衡法计算结果,同时前者的计算速度更快;(2)与不考虑渗流工况时相比,当条形基础的宽度较大且距离基坑较近时,渗流环境将使临近地基承载力显著减小;(3)基坑临近地基承载力随着坑内外水头差的增大呈先减小后缓慢增大的趋势;(4)在基坑中上部增加锚杆支护可以有效提高基坑临近地基承载力;(5)基坑临近地基承载力随着填土强度的增大近似线性增大;(6)本研究结果将为基坑临近建筑物设计提供借鉴。

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全风化软质岩改良土铁路路基填料应用研究

朱江江, 罗强, 詹学启, 张良, 李传宝

铁道工程学报. 2021, 38(5): 25-30.

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研究目的: 路基填料的合理选取与应用直接影响施工质量和工程造价。本文依托浩吉重载铁路工程建设,以岳阳至吉安段的全风化软质岩填料为对象,首先通过室内土工试验研究其基本工程性质与改良措施;然后在选取的路基试验段,进行现场填筑试验和长期沉降观测,分析路基填筑施工关键控制参数、碾压工艺以及沉降变形规律;最后开展模拟重载铁路列车荷载长期作用的现场激振试验,测试路堤基床结构的动态响应特征;进而探讨全风化软质岩用作重载铁路基床以下路堤填料的适宜性。
研究结论: (1)全风化软质岩为高液限粉质黏土,属于D组填料,用于路堤填筑时应进行改良,水泥改良土的最佳掺配比为3.5%;(2)填料松铺厚度宜取40 cm,含水率按w_opt<w<w_opt+2%控制时,采用静压2遍+弱振1遍静压1遍+强振1遍静压1遍的碾压组合方式,路基压实质量可满足规范要求;(3)路基工后沉降以及动荷载作用下路基动态性能指标均满足重载铁路设计要求,路堤基床结构具有良好的动力稳定性,全风化软质岩水泥改良土填料可用于重载铁路基床以下路堤填筑;(4)该研究结果可为完善重载铁路路基的设计和施工技术提供借鉴和参考。

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大调整量新型高承轨台无砟轨道受力特性

任娟娟, 刘伟, 庞玲, 江万红, 陈应东, 刘明明

铁道工程学报. 2021, 38(5): 31-35.

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研究目的: 为有效解决隧道内无砟轨道上拱病害,基于双块式无砟轨道,提出一种大调整量新型高承轨台无砟轨道。通过ANSYS和LS-DYNA有限元软件建立精细化的静、动力学有限元模型,研究不同工况下新型高承轨台无砟轨道的受力特性,并与双块式无砟轨道对比分析。
研究结论: (1)在列车静荷载和基础上拱变形作用下,新型高承轨台无砟轨道的受力变形和双块式无砟轨道无太大区别,轨道结构最大应力和位移均满足普通无砟轨道设计要求;(2)通过打磨轨枕块实现轨道结构垂向-50~0 mm的向下大调整量,满足结构最大应力和位移限值要求;(3)在列车动荷载作用下,新型高承轨台无砟轨道与双块式无砟轨道的各项动力响应指标均相差不大;新型无砟轨道打磨前后的轨道结构动力响应无明显区别,基础上拱后通过打磨轨枕块调整轨道结构,对高速列车行车的安全性和稳定性有显著提升;(4)针对隧道内无砟轨道上拱问题,本研究可为隧道内无砟轨道的设计和施工提供借鉴和参考。

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桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道温度力释放整治研究

钟阳龙, 朱建华, 高亮, 宋天昊, 赵闻强, 仝凤壮, 黄伊琛

铁道工程学报. 2021, 38(5): 36-40.

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研究目的: 为从根本上解决CRTSⅡ型板式无砟轨道在冬季离缝夏季上拱问题,本文提出具有可行性的将纵连式轨道结构解锁成全单元结构的温度力释放方案,引入内聚力单元和混凝土损伤塑性本构建立无砟轨道温度力释放分析模型,分析不同整治方案的温度适应性,并设计全单元方案的纵横向限位方式。
研究结论: (1)弱纵连方案存在轨道结构上拱病害隐患,不能有效地释放轨道结构的温度力;(2)全单元结构能够很好地适应极端温度条件,是一种可行的温度力释放方案;(3)采用全单元方案进行解锁后的轨道结构能够很好地保证横向稳定性,采取灌浆孔植入钢棒方式能保证良好的纵向稳定性;(4)本研究成果可为无砟轨道上拱病害整治提供借鉴和参考。

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温度及扭矩对槽轨扣件纵向阻力的影响

曾志平, 郭无极, 王卫东, 贾生旭, 李秀东, 高士亮

铁道工程学报. 2021, 38(5): 41-46.

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研究目的: 槽轨扣件作为有轨电车轨道系统的一部分,承担着固定钢轨的作用。其纵向阻力的大小是设计线路的关键参数。本文通过试验测量不同温度及不同扭矩下YG-3型小阻力槽轨扣件的纵向阻力,对扣件纵向阻力与温度、扭矩的关系进行研究。
研究结论: (1)分别拟合了不同温度及扭矩下纵向阻力与位移曲线的幂指函数;(2)尝试提出了一种扣件纵向阻力的计算方法;(3)在同一扭矩下,槽轨扣件纵向阻力受温度影响较大,随温度升高纵向阻力整体呈下降趋势,纵向阻力最大值出现在-20 ℃;(4)槽轨扣件纵向阻力在低温及常温环境下受扭矩影响较大,相同温度下扭矩与纵向阻力正相关;在高温环境中,不同扭矩下的扣件纵向阻力趋于一致;(5)温度与纵向阻力呈负相关,相关系数为-0.751;扭矩与纵向阻力的相关系数为0.499;(6)本研究结果可为深入分析槽轨扣件轨道-桥梁结构相互作用提供参考与借鉴。

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基于BIM技术的拱桥施工监控数据集成研究

张田, 何理, 孙铭悦, 杨刚

铁道工程学报. 2021, 38(5): 47-52.

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研究目的: 大跨度系杆拱桥因其施工复杂、技术难度大,均需进行施工监控,产生种类繁多且数量巨大的监控数据。但目前现场监控有一部分流于形式,监测数据并未充分利用,为了实现监控数据的直观展示和长期有效的存储,便于工程技术人员全面掌握大跨度系杆拱桥施工各个阶段的结构状态,本文基于参数化方法建立的BIM拱桥模型,进行二次开发,对拱桥施工监控数据进行有效管理。
研究结论: (1)通过参数化建模方法完成了拱桥BIM模型建立,选取拱桥施工过程中的监控信息与BIM模型的集成处理,实现了系杆拱桥施工控制信息的高效集成;(2)利用BIM的二次开发技术,编写插件实现了监控数据的可视化表达,可调取相关数据,直观显示不同施工阶段的受力及变形情况,指导施工;(3)以Visual Studio 2015作为开发平台进行二次开发,实现了对桥梁施工监控数据的信息化集成和可视化表达,可为基于BIM技术的桥梁施工监控数据管理提供新思路。

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体外预应力对波形钢腹板连续箱梁基频的影响

郑尚敏, 胡康, 程海根

铁道工程学报. 2021, 38(5): 53-59.

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研究目的: 为研究体外预应力对波形钢腹板连续箱梁动力特性的影响,根据结构振动理论及组合梁力学特性,推导波形钢腹板连续箱梁在体外预应力作用下的自振频率计算公式。以波形钢腹板双跨连续试验梁为研究对象,利用有限元软件ANSYS建立试验梁的数值分析模型并进行模态分析。将试验梁自振频率的理论计算值、试验值以及有限元计算值进行对比分析,论证理论公式的适用性。通过理论计算与数值模拟相结合的方法,研究体外预应力筋张拉力大小、截面积以及锚固位置对波形钢腹板连续箱梁自振频率的影响。
研究结论: (1)通过理论计算值、试验值以及数值模拟结果分析表明,本文推导的理论公式是适用的;(2)体外预应力筋张拉力的大小对波形钢腹板连续箱梁的自振频率影响较小;(3)体外预应力筋截面积的变化对波形钢腹板连续箱梁的自振频率影响较明显;(4) 波形钢腹板连续箱梁的自振频率随着体外预应力锚固位置的降低而减小;(5)本研究成果可为体外预应力波形钢腹板连续箱梁动力特性的研究以及结构设计提供一定的参考,并可为该组合结构的冲击系数的估算提供一定的理论基础。

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面板-纵肋连接疲劳试验及残余应力分布研究

王伟, 王亚飞, 周尚猛

铁道工程学报. 2021, 38(5): 60-64.

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研究目的: 为研究不同焊接连接对钢桥面板-纵肋构造细节在纵肋开裂模式下疲劳性能的影响,进行了不同热点应力水平的单、双面焊接试件疲劳模型试验,并采用Simufact Welding软件进行数值模拟,研究了模型尺度对特定开裂模式下横向残余应力分布的影响。
研究结论: (1)在疲劳试验中单面焊接小试件的纵肋内侧焊根的疲劳性能与文献[8]中疲劳细节类别70接近,而双面焊小试件的内侧焊趾和单、双面焊的外侧焊趾的疲劳性能均高于文献[8],在纵肋开裂模式下双面焊疲劳性能均优于单面焊;(2)采用面板-纵肋焊接试件时横向残余拉应力要高于完整的纵肋-面板构件的横向残余拉应力,小尺度试验比大尺度更为不利;(3)本文研究结果可为双面焊的应用及相关疲劳试验的设计提供依据。

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重载铁路隧道基底动力响应数值仿真分析

王希良, 王汉宁, 汤雨静, 王国梅, 高浩然

铁道工程学报. 2021, 38(5): 65-70.

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研究目的: 重载列车作用下,隧道基底易出现开裂、破损等病害,严重影响行车安全。因此,研究重载列车荷载作用下隧道基底动力响应特征进而为隧道基底病害治理提供依据具有重要理论意义和实践价值。
研究结论: (1)以山西中南部铁路某隧道为研究背景,采用ANSYS软件建立了重载铁路隧道基底动力响应分析模型,采用人工激励的方式模拟列车振动荷载,选用静力+动力叠加进行计算,得到了重载列车作用下隧道基底结构的荷载时程曲线;(2)分析了隧道基底竖向位移、加速度和最大主应力的时程曲线,得到了重载列车荷载作用下隧道基底结构动力响应特征;(3)选取隧道基底主要参数如矢跨比、填充层厚度、仰拱厚度和铺底厚度,通过模拟分析得到了不同参数条件下隧道基底动应力响应特征;(4)本研究成果可为重载铁路隧道基底设计和病害治理提供参考。

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浅埋偏压连拱隧道穿越古建筑施工控制研究

朱正国, 方智淳, 马超义, 杨梦雪, 王志伟, 韩智铭, 孙明磊, 朱永全

铁道工程学报. 2021, 38(5): 71-76.

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研究目的: 浅埋偏压连拱隧道具有围岩级别差、土层压力分布不均以及隧道断面大等特点,使得其在施工过程中易对结构严重风化、变形能力差的古长城墙体造成破坏。为探究浅埋偏压连拱隧道穿越古长城施工过程中变形规律与受力特征,本文以荣乌高速黄土岭隧道为背景,采用数值模拟对施工过程中隧道受力和变形进行分析,选出最合理施工方案,以期为偏压连拱隧道下穿既有建筑相关工程提供一定的理论指导。
研究结论: (1)左右洞用侧壁导坑法进行开挖较CRD法以及CRD+CD法而言可有效降低地表沉降与拱顶沉降量,对施工而言最安全;(2)三种施工方法所形成的围岩应力数值不大,均处于安全状态;(3)三种施工工序下,导洞上方地表沉降与隧道拱顶沉降基本相同,但两侧导洞同时开挖可加快施工进度;(4)两侧导洞同时开挖时,中墙承受的应力最小;(5)为保证古长城不被破坏,最终沉降控制标准定为20 mm,爆破振速安全阈值为2 cm/s;(6)本研究成果可为浅埋偏压连拱隧道的施工提供一定借鉴。

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CTCS-3级列控车载设备融合C0功能的方案研究

徐效宁, 宋志丹

铁道工程学报. 2021, 38(5): 77-80.

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研究目的: 近年来,随着我国铁路运输网络的不断发展,350 km/h动车组需要跨普速铁路运行。350 km/h动车组只装备了CTCS-3级列控车载设备,未安装列车运行监控装置(LKJ),而普速铁路作为CTCS-0级线路,不配置CTCS-2/3级列控地面设备,导致350 km/h动车组无法在普速铁路以正常模式运行。本文从车载设备的角度出发,在分析现有技术的基础上,提出一种CTCS-3级列控车载设备融合CTCS-0控车功能的方案。
研究结论: (1)方案在CTCS-3级列控车载设备的基础上,增加LKJ监控记录模块,实现CTCS-0控车功能;(2)方案不安装LKJ外围设备,由ATP主控单元为LKJ提供输入信息,不需对车辆进行改造;(3)ATP主控单元对LKJ监控记录模块的计算结果进行比较,并由ATP主控单元输出至外围设备,提高LKJ控车安全性;(4)本文研究提出了一种ATP/LKJ一体化的实现思路,可为350 km/h动车组迂回普速线路和机车装备ATP提供一定借鉴。

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无联锁条件下的道岔控制电路设计与应用

钟志旺

铁道工程学报. 2021, 38(5): 81-86.

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研究目的: 在铁路实验实训场建设过程中,需要实现无联锁条件下的道岔单独控制功能,但无统一的定型化信号组合或者现成的电路图。为此,设计一套在无联锁控制条件下运行的高安全、低成本、易使用的五线制道岔独立控制电路;通过工程运用验证,形成一套成熟的、独立运行的道岔控制电路定型产品;产品可在有联锁或无联锁控制环境下分别切换使用。
研究结论: (1)将部分继电器控制条件用按钮代替,方便了使用;(2)将道岔表示继电器条件用表示灯显示,不同颜色灯光显示道岔状态,提高了安全性;(3)取消了无联锁控制条件下不影响安全的控制条件,取消了联锁控制条件下的JDD定型组合,节约了成本;(4)新增联锁/单控切换电路,实现了有联锁和无联锁环境下道岔控制电路方便地切换;(5)增加道岔挤岔表示灯警示,加强了安全性;(6)实现了电路优化设计目标,产品在铁路实验实训场、非铁路干线等场景使用。

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土质山地地形对抗震设计反应谱的影响

杨佑发, 凌玲, 王继武

铁道工程学报. 2021, 38(5): 87-96.

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研究目的: 研究山地地形效应,为山地建筑结构抗震提供合理的设计参数是山地建筑结构发展的首要任务;为确定土质山地建筑设计水平地震动放大系数,采用有限元数值分析方法建立相关的局部场地模型,输入近30条基岩地震波对场地模型进行动力时程分析;提取不同坡高、不同坡降H/L对应模型在斜坡段以及平台段的地震响应时程并转换成反应谱,通过对比斜坡段以及平台段的地表反应谱与平地地表反应谱,对区域放大系数进行调整。
研究结论: (1)给出了土质山地地形对场地反应谱的主要影响规律;(2)给出了土质山地地形对场地反应谱谱比的主要影响规律;(3)给出了土质山地建筑结构设计水平地震动放大系数的建议值;(4)本研究成果可为山地建筑结构的地震动输入提供参考依据。

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五螺箍圆形短柱轴压性能研究

刘成清, 周聪

铁道工程学报. 2021, 38(5): 97-102.

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研究目的: 螺旋箍筋发展至今已有100多年,圆形柱的螺旋箍筋形式一直较为单一,因此本文通过数值模拟,将新型五螺箍应用到圆形短柱中,对比常见的单个螺旋箍筋和双重螺箍,研究不同混凝土强度和箍筋体积配箍率下圆形短柱轴压性能,并分析五螺箍对混凝土的复合约束作用规律,结合约束混凝土理论,提出五螺箍短柱轴压承载力计算模型。
研究结论: (1)五螺箍在圆形短柱中应用效果较好,相比螺旋箍筋和双重螺箍,配置五螺箍的圆形短柱具有显著更大的轴压承载力和极限位移;(2)五螺箍对圆形短柱的约束效果随混凝土强度等级的提高而减小,随箍筋体积配箍率的增大而增大;(3)本文提出的五螺箍短柱轴压承载力计算模型误差较小、偏于安全,对工程实践有一定借鉴意义。

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钢混组合结构地铁高架车站墩柱间距影响研究

赵丹, 庄旺, 安永林, 黄娟

铁道工程学报. 2021, 38(5): 103-108.

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研究目的: 针对长沙轨道交通某钢混组合结构高架车站首层双墩柱三种不同的布置方式进行研究,采用有限元空间整体建模对车站整体模型首层墩柱不同的间距布置方案进行地震作用及各荷载组合作用下的计算与分析。基于整体建模和结构性能化设计理念,比较双墩柱三种不同间距(1.6 m、2.6 m、3.6 m)布置条件下,钢混组合地铁高架车站结构相应的结构整体受力、墩柱及悬臂盖梁等关键构件的受力与变形差异。
研究结论: (1)墩柱间距对钢混组合车站结构的整体受力性能具有较大的影响,对车站悬臂盖梁竖向变形影响较小;(2)建模分析时应尽量考虑首层两墩柱间距的影响;(3)本文研究可为现行地铁高架车站的性能化设计提供理论指导与参考。

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2021年, 第38卷, 第5期　
刊出日期：2021-05-15

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