桥梁基础冻胀变形对高速铁路行车安全的影响研究
发布时间：2020-12-11 21:56
随着我国高速铁路网的不断延伸,运营环境日趋复杂,比如东北的高寒冻土区、西北的大风区、西南的高原高地震区以及华北的软土地区等。严寒地区受低温冻胀影响,产生桥梁基础冻胀变形,影响高速行车安全。本文以我国严寒地区设计运营的第一条高速铁路―哈大高铁为背景,研究各冻结条件下土体冻胀变形与基础结构冻胀力以及冻胀变形发展机制,阐明车辆各项动力特性指标随冻结条件与车速的变化规律,提出桥梁基础冻胀变形安全阈值。主要研究内容及结论如下:（1）以高铁沿线广泛分布的粉质黏土为研究对象,在分析冻土参数的基础上,建立多场耦合冻土有限元模型,研究低温冻结过程中相变潜热对冻胀指标的影响以及冻土的出现、发展和演变规律。分析结果显示:在土体冻结过程中,相变潜热是不可忽略的一个重要因素;冻结时长内,土体冻结发展过程可分为三个阶段:温度急剧下降阶段、温度降幅逐渐减小阶段、和趋于平稳阶段;含水率越大,第一阶段持续时间越长。（2）依据土质与冻结条件,建立考虑冻结过程中存在未冻水的桥梁基础冻胀有限元模型。参考哈大高铁沿线实际运营环境,以土体含水率和冻结温度为控制变量,量化土体和桥梁基础结构冻胀变形发展规律。通过参数分析,阐明含水率...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及研究意义
1.2 国内外研究现状与存在的问题
1.2.1 冻胀机理及发展规律研究
1.2.2 基础冻胀作用研究
1.2.3 基础附加变形对行车安全的影响研究
1.3 现有研究工作存在的问题
1.4 研究内容
第2章 冻土多场耦合分析
2.1 冻土的冻胀特性
2.1.1 冻胀评价指标及冻土分类
2.1.2 土体冻胀机理
2.2 土体的冻胀力
2.2.1 冻胀力的物理本质
2.2.2 冻胀力的方向
2.2.3 冻胀力的计算方法
2.3 土体冻胀的影响因素
2.4 冻土水分、传热、应力三场的耦合关系
2.4.1 基本假定
2.4.2 冻土水热力耦合基本方程
2.5 ABAQUS热应力耦合分析
2.6 本章小结
第3章 天然冻土多场耦合模型分析
3.1 模型建立
3.1.1 几何模型及边界条件
3.1.2 冻土热参数简介与选取
3.2 模型假定与流程分析
3.2.1 模型假定
3.2.2 计算流程
3.3 结果分析
3.3.1 冻结深度分析
3.3.2 冻胀量分析
3.4 本章小结
第4章 高速铁路桥梁基础冻胀变形模型建立与分析
4.1 桥梁基础冻胀变形模型建立
4.1.1 单元类型及模型尺寸
4.1.2 本构关系及参数选取
4.1.3 接触面相互作用力学模型
4.1.4 边界条件的确定
4.1.5 模型基本假定
4.1.6 模型建立过程
4.2 计算结果分析
4.2.1 工况分析
4.2.2 冻深及冻胀变形分析
4.2.3 冻胀力分析
4.2.4 冻结温度和含水率对冻胀的影响
4.3 本章小结
第5章 高速铁路桥梁基础冻胀变形对行车安全响应研究
5.1 车-桥耦合振动机理及模型建立
5.2 车-桥耦合振动模型建立
5.2.1 车辆模型的建立
5.2.2 桥梁模型的建立
5.2.3 轨道不平顺的定义和数值模拟
5.3 车-桥耦合振动模型的建立
5.4 车辆动力性能评价标准
5.5 桥墩不均匀冻胀上抬引起的轨道附加不平顺
5.5.1 桥墩不均匀冻胀上抬对轨面几何形态的影响
5.5.2 桥墩不均匀冻胀上抬对轨道不平顺的影响
5.6 冻胀变形引起的列车动力响应分析
5.7 桥梁基础不均匀冻胀上抬阈值
5.8 桥梁基础冻胀变形控制措施
5.9 本章小结
结论与展望
一、论文成果总结
二、展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目
已发表论文
所参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速铁路桥梁竖向变形与轨面几何形态的通用映射解析模型研究[J]. 勾红叶,冉智文,蒲黔辉,许会燕. 工程力学. 2019(06)
[2]上拔力作用下桩土相互作用数值分析[J]. 杨吉新,石旷,孙亭亭,刘畅. 公路与汽运. 2019(01)
[3]跨座式单轨曲线梁桥的车桥耦合振动分析[J]. 陈雅兰,晋智斌,何金哲,杨先凡. 四川建筑. 2018(06)
[4]桥梁竖向变形对轨道平顺性的影响研究[J]. 勾红叶,冉智文,蒲黔辉,许会燕. 铁道工程学报. 2018(11)
[5]铁路大跨T形刚构桥车桥耦合振动与动力性能[J]. 勾红叶,石晓宇,周文,康锐. 西南交通大学学报. 2018(04)
[6]城市轨道交通桥梁线形变化对列车运行性能的影响[J]. 秦清华. 铁道建筑. 2018(07)
[7]冻土地区综合管廊法向冻胀力计算探讨[J]. 郭少昱,魏新,孙丽. 特种结构. 2018(01)
[8]饱和粉土冻胀过程试验研究及数值模拟[J]. 周家作,韦昌富,李东庆,魏厚振,裴万胜. 岩石力学与工程学报. 2017(02)
[9]高速铁路路基微冻胀填料冻胀规律研究[J]. 杜晓燕,叶阳升,张千里,王昊. 铁道建筑. 2016(09)
[10]哈大高速铁路路基冻胀区轨道不平顺特征分析[J]. 赵国堂,刘秀波,高亮,蔡小培. 铁道学报. 2016(07)
博士论文
[1]土的冻胀力学模型及冻胀变形数值模拟[D]. 耿琳.哈尔滨工业大学 2016
[2]青藏铁路多年冻土区桥梁墩台变形机理及其整治技术研究[D]. 熊治文.中国铁道科学研究院 2011
[3]季节冻土地区圆形基坑冻结壁模型试验研究[D]. 吉植强.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]桥墩不均匀沉降与梁体徐变上拱对高速铁路行车安全的影响研究[D]. 石晓宇.西南交通大学 2018
[2]软土地基下高速铁路连续布置常用跨度简支梁桥列车竖向振动机理研究[D]. 袁野.广州大学 2018
[3]地铁车站出入口侧墙冻胀变形数值分析[D]. 王顺廷.北京交通大学 2017
[4]高速铁路桥梁结构变形映射至轨面几何形态的定量化研究[D]. 许会燕.西南交通大学 2017
[5]严寒地区路基冻胀下车辆—无砟轨道系统的动力学行为研究[D]. 郭亮武.北京交通大学 2017
[6]冻土与桩基础相互作用研究[D]. 帅军.江苏大学 2017
[7]季节性冻土地区高速铁路路基桩板结构冻胀数值模拟研究[D]. 张树明.西南交通大学 2016
[8]高速铁路路基冻胀变形引起的轨道结构变形特性及其对行车的动力影响研究[D]. 郭毅.西南交通大学 2016
[9]寒区冻土/基础切向冻胀力试验研究[D]. 陈鑫.中国矿业大学 2016
[10]高速铁路路基冻胀对轨道不平顺的影响分析及动力响应[D]. 吴仲伦.北京交通大学 2015
本文编号：2911288
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及研究意义
1.2 国内外研究现状与存在的问题
1.2.1 冻胀机理及发展规律研究
1.2.2 基础冻胀作用研究
1.2.3 基础附加变形对行车安全的影响研究
1.3 现有研究工作存在的问题
1.4 研究内容
第2章 冻土多场耦合分析
2.1 冻土的冻胀特性
2.1.1 冻胀评价指标及冻土分类
2.1.2 土体冻胀机理
2.2 土体的冻胀力
2.2.1 冻胀力的物理本质
2.2.2 冻胀力的方向
2.2.3 冻胀力的计算方法
2.3 土体冻胀的影响因素
2.4 冻土水分、传热、应力三场的耦合关系
2.4.1 基本假定
2.4.2 冻土水热力耦合基本方程
2.5 ABAQUS热应力耦合分析
2.6 本章小结
第3章 天然冻土多场耦合模型分析
3.1 模型建立
3.1.1 几何模型及边界条件
3.1.2 冻土热参数简介与选取
3.2 模型假定与流程分析
3.2.1 模型假定
3.2.2 计算流程
3.3 结果分析
3.3.1 冻结深度分析
3.3.2 冻胀量分析
3.4 本章小结
第4章 高速铁路桥梁基础冻胀变形模型建立与分析
4.1 桥梁基础冻胀变形模型建立
4.1.1 单元类型及模型尺寸
4.1.2 本构关系及参数选取
4.1.3 接触面相互作用力学模型
4.1.4 边界条件的确定
4.1.5 模型基本假定
4.1.6 模型建立过程
4.2 计算结果分析
4.2.1 工况分析
4.2.2 冻深及冻胀变形分析
4.2.3 冻胀力分析
4.2.4 冻结温度和含水率对冻胀的影响
4.3 本章小结
第5章 高速铁路桥梁基础冻胀变形对行车安全响应研究
5.1 车-桥耦合振动机理及模型建立
5.2 车-桥耦合振动模型建立
5.2.1 车辆模型的建立
5.2.2 桥梁模型的建立
5.2.3 轨道不平顺的定义和数值模拟
5.3 车-桥耦合振动模型的建立
5.4 车辆动力性能评价标准
5.5 桥墩不均匀冻胀上抬引起的轨道附加不平顺
5.5.1 桥墩不均匀冻胀上抬对轨面几何形态的影响
5.5.2 桥墩不均匀冻胀上抬对轨道不平顺的影响
5.6 冻胀变形引起的列车动力响应分析
5.7 桥梁基础不均匀冻胀上抬阈值
5.8 桥梁基础冻胀变形控制措施
5.9 本章小结
结论与展望
一、论文成果总结
二、展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目
已发表论文
所参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速铁路桥梁竖向变形与轨面几何形态的通用映射解析模型研究[J]. 勾红叶,冉智文,蒲黔辉,许会燕. 工程力学. 2019(06)
[2]上拔力作用下桩土相互作用数值分析[J]. 杨吉新,石旷,孙亭亭,刘畅. 公路与汽运. 2019(01)
[3]跨座式单轨曲线梁桥的车桥耦合振动分析[J]. 陈雅兰,晋智斌,何金哲,杨先凡. 四川建筑. 2018(06)
[4]桥梁竖向变形对轨道平顺性的影响研究[J]. 勾红叶,冉智文,蒲黔辉,许会燕. 铁道工程学报. 2018(11)
[5]铁路大跨T形刚构桥车桥耦合振动与动力性能[J]. 勾红叶,石晓宇,周文,康锐. 西南交通大学学报. 2018(04)
[6]城市轨道交通桥梁线形变化对列车运行性能的影响[J]. 秦清华. 铁道建筑. 2018(07)
[7]冻土地区综合管廊法向冻胀力计算探讨[J]. 郭少昱,魏新,孙丽. 特种结构. 2018(01)
[8]饱和粉土冻胀过程试验研究及数值模拟[J]. 周家作,韦昌富,李东庆,魏厚振,裴万胜. 岩石力学与工程学报. 2017(02)
[9]高速铁路路基微冻胀填料冻胀规律研究[J]. 杜晓燕,叶阳升,张千里,王昊. 铁道建筑. 2016(09)
[10]哈大高速铁路路基冻胀区轨道不平顺特征分析[J]. 赵国堂,刘秀波,高亮,蔡小培. 铁道学报. 2016(07)
博士论文
[1]土的冻胀力学模型及冻胀变形数值模拟[D]. 耿琳.哈尔滨工业大学 2016
[2]青藏铁路多年冻土区桥梁墩台变形机理及其整治技术研究[D]. 熊治文.中国铁道科学研究院 2011
[3]季节冻土地区圆形基坑冻结壁模型试验研究[D]. 吉植强.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]桥墩不均匀沉降与梁体徐变上拱对高速铁路行车安全的影响研究[D]. 石晓宇.西南交通大学 2018
[2]软土地基下高速铁路连续布置常用跨度简支梁桥列车竖向振动机理研究[D]. 袁野.广州大学 2018
[3]地铁车站出入口侧墙冻胀变形数值分析[D]. 王顺廷.北京交通大学 2017
[4]高速铁路桥梁结构变形映射至轨面几何形态的定量化研究[D]. 许会燕.西南交通大学 2017
[5]严寒地区路基冻胀下车辆—无砟轨道系统的动力学行为研究[D]. 郭亮武.北京交通大学 2017
[6]冻土与桩基础相互作用研究[D]. 帅军.江苏大学 2017
[7]季节性冻土地区高速铁路路基桩板结构冻胀数值模拟研究[D]. 张树明.西南交通大学 2016
[8]高速铁路路基冻胀变形引起的轨道结构变形特性及其对行车的动力影响研究[D]. 郭毅.西南交通大学 2016
[9]寒区冻土/基础切向冻胀力试验研究[D]. 陈鑫.中国矿业大学 2016
[10]高速铁路路基冻胀对轨道不平顺的影响分析及动力响应[D]. 吴仲伦.北京交通大学 2015
本文编号：2911288
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