重载铁路隧道结构的动力特征及设计方法研究
发布时间：2021-11-26 09:47
“货运重载”已成为我国铁路运输事业主要发展方向,重载铁路运输具有轴重大、总重大、行车密度和运量特大的特点。重载铁路线路中隧道工程占有较高的隧线比,因重载列车大荷载和高作用频次而产生的结构动力特征和疲劳损伤也更为明显,目前尚缺相关理论和计算方法。鉴于此,论文开展的重载铁路隧道结构动力特征及设计方法研究具有重要意义。论文采用现场大型原位激振试验、长期远程监测、理论推导、数值模拟和资料调研等多种研究方法。以我国2条重载线路张唐铁路和瓦日铁路为工程依托,对重载铁路隧道结构动力特征、荷载解析解、结构计算模型、疲劳损伤预测方法进行了研究,主要研究成果有:通过现场实测明确了27t30t轴重、IIIV级围岩条件下有砟、无砟单双线重载铁路隧道结构的动力特征。研究得出拱墙结构动力响应远低于隧底结构且重载线路轨道范围动力响应最剧烈,获取的底部层间动荷载分布特征和竖向传递规律为荷载解析解提供了研究基础。基于实测数据结合现有规范、国内外研究成果,根据道床受力特点和轮轨作用方式提出了道床表面荷载理论计算方法;利用应力扩散角理论分别得到了无砟、有砟隧道填充表面荷载解析解,...
【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】：162 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
重载铁路隧道隧底结构病害形式
第8页西南交通大学博士研究生学位论文区段累积长度占比图如图 1-5 所示。图1-5 调查段隧底病害区段累积长度占比统计图 1-5 显示出隧底病害段长度所占百分比超过 40%的隧道共有 11 座，表明隧底病害存在普遍性；重载线路病害段长度占比基本都在 50%以上，主要病害分类及连续长度统计结果如图 1-6 所示。图1-6 调查段隧底主要病害分类及连续长度示意图由图 1-6 可知，调查区段中，隧底结构破损累积长度达到 6311.7m，约占隧底病害的 74%，其中测点连续长度主要集中在 3~9m 范围内约占隧底破损的 44%。综合分析可以得出，隧底病害成因是由于多种影响因素综合作用，比如地下水的影响，地质条件的改变等；1.1 节分析到重载线路位置隧底病害较普通客货共线线路更为严重且主要表现为隧底破损，说明重载列车的高频次反复动力作用是重载铁路隧道隧底疲劳损伤的主要影响因素[49]
害存在普遍性；重载线路病害段长度占比基本都在 50%以上，主要病害分类及连续长度统计结果如图 1-6 所示。图1-6 调查段隧底主要病害分类及连续长度示意图由图 1-6 可知，调查区段中，隧底结构破损累积长度达到 6311.7m，约占隧底病害的 74%，其中测点连续长度主要集中在 3~9m 范围内约占隧底破损的 44%。综合分析可以得出，隧底病害成因是由于多种影响因素综合作用，比如地下水的影响，地质条件的改变等；1.1 节分析到重载线路位置隧底病害较普通客货共线线路更为严重且主要表现为隧底破损，说明重载列车的高频次反复动力作用是重载铁路隧道隧底疲劳损伤的主要影响因素[49]，定量分析隧底结构的疲劳累积，预测隧底结构的疲劳寿命对重载列车的设计和运营安全评价具有重大意义。目前国内外针对隧底结构疲劳损伤已经进行了一定的研究。彭立敏[48]基于线性疲劳累积损伤理论采用有限元软件对普通列车动荷载作用下隧道底板结构的疲劳寿命进行分析，得出 20 cm 厚的 C25 钢筋混凝土疲劳寿命可达 59~60 年。隧底下沉6%隧底不密实20%≤3m12%3~6m44%6~9m23%9~15m15%
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于车-轨-隧一体化模型的重载铁路隧道动力响应特性分析[J]. 肖鹏,彭立敏,施成华,杨高尚,雷明锋. 铁道科学与工程学报. 2017(06)
[2]重载铁路隧道基底结构长期动力特性试验研究[J]. 吴秋军,李自强,于丽,华阳,王明年. 振动与冲击. 2017(10)
[3]深沟球轴承内部载荷序列与寿命计算[J]. 汪久根,徐鹤琴. 机械工程学报. 2017(15)
[4]轨道框架对散粒体道床非线性纵向阻力影响的试验研究[J]. 刘浩,王源,刘淦中,陈嵘,肖杰灵. 铁道学报. 2017(05)
[5]列车振动荷载作用下管片接缝对盾构隧道衬砌结构与周围软土地层动力响应影响研究[J]. 杨文波,徐朝阳,陈子全,李林桂,晏启祥,何川. 岩石力学与工程学报. 2017(08)
[6]混凝土结构疲劳全过程分析方法研究[J]. 梁俊松,丁兆东,李杰. 建筑结构学报. 2017(05)
[7]重载铁路隧道基底结构服役状态评价体系研究[J]. 邹文浩,马伟斌,安哲立. 铁道建筑. 2017(01)
[8]基于车桥耦合动力分析的钢桥疲劳损伤与剩余寿命评估[J]. 李慧乐,夏禾,张楠,杜宪亭,侯云芳. 铁道学报. 2017(01)
[9]循环荷载频率对高速铁路有砟道床累积变形行为的影响[J]. 张徐,赵春发,翟婉明. 中国铁道科学. 2017(01)
[10]桥上列车高速运行引起的地面振动试验研究[J]. 李小珍,张志俊,冉汶民,陈桂媛,张迅. 西南交通大学学报. 2016(05)
博士论文
[1]重载铁路隧道基底结构动力响应特征及服役状态评价体系研究[D]. 邹文浩.中国铁道科学研究院 2016
[2]高速铁路桥梁段车致地面振动的半解析分析与试验研究[D]. 张志俊.西南交通大学 2016
[3]基于长期累积变形演化状态控制的高速铁路基床结构设计方法研究[D]. 刘钢.西南交通大学 2013
[4]基于损伤理论的高速铁路隧道结构振动响应分析及疲劳寿命研究[D]. 黄娟.中南大学 2010
[5]青藏铁路列车行驶多年冻土场地路基振动反应与振陷预测[D]. 朱占元.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]高速列车动荷载作用下盾构管片疲劳破坏形式及寿命预测研究[D]. 刘诣轩.西南交通大学 2017
[2]列车振动荷载作用下隧道衬砌结构动力响应与损伤特性研究[D]. 徐宁.石家庄铁道大学 2016
[3]重载列车行驶下轨道动荷载传递与路基附加动应力分析[D]. 赵洪顺.哈尔滨工业大学 2015
[4]高铁列车动载作用下盾构隧道管片疲劳影响因素及评价方法研究[D]. 邓唐.西南交通大学 2015
[5]基于频域的多轴随机振动疲劳寿命预测[D]. 黄义科.西南交通大学 2015
[6]高速铁路高填方明洞双层衬砌设计方法研究[D]. 徐湉源.西南交通大学 2015
[7]基于弹性层状体系理论的重载铁路轨下结构竖向位移分析[D]. 张秉灿.河北工业大学 2015
[8]MW级风电机组基础环结构分析与优化设计[D]. 黄强.重庆大学 2014
[9]重载铁路隧道基底结构动力响应特性研究[D]. 扶晓康.中南大学 2014
[10]重载铁路隧底结构动力响应及疲劳寿命研究[D]. 晏伟光.中南大学 2014
本文编号：3519895
【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】：162 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
重载铁路隧道隧底结构病害形式
第8页西南交通大学博士研究生学位论文区段累积长度占比图如图 1-5 所示。图1-5 调查段隧底病害区段累积长度占比统计图 1-5 显示出隧底病害段长度所占百分比超过 40%的隧道共有 11 座，表明隧底病害存在普遍性；重载线路病害段长度占比基本都在 50%以上，主要病害分类及连续长度统计结果如图 1-6 所示。图1-6 调查段隧底主要病害分类及连续长度示意图由图 1-6 可知，调查区段中，隧底结构破损累积长度达到 6311.7m，约占隧底病害的 74%，其中测点连续长度主要集中在 3~9m 范围内约占隧底破损的 44%。综合分析可以得出，隧底病害成因是由于多种影响因素综合作用，比如地下水的影响，地质条件的改变等；1.1 节分析到重载线路位置隧底病害较普通客货共线线路更为严重且主要表现为隧底破损，说明重载列车的高频次反复动力作用是重载铁路隧道隧底疲劳损伤的主要影响因素[49]
害存在普遍性；重载线路病害段长度占比基本都在 50%以上，主要病害分类及连续长度统计结果如图 1-6 所示。图1-6 调查段隧底主要病害分类及连续长度示意图由图 1-6 可知，调查区段中，隧底结构破损累积长度达到 6311.7m，约占隧底病害的 74%，其中测点连续长度主要集中在 3~9m 范围内约占隧底破损的 44%。综合分析可以得出，隧底病害成因是由于多种影响因素综合作用，比如地下水的影响，地质条件的改变等；1.1 节分析到重载线路位置隧底病害较普通客货共线线路更为严重且主要表现为隧底破损，说明重载列车的高频次反复动力作用是重载铁路隧道隧底疲劳损伤的主要影响因素[49]，定量分析隧底结构的疲劳累积，预测隧底结构的疲劳寿命对重载列车的设计和运营安全评价具有重大意义。目前国内外针对隧底结构疲劳损伤已经进行了一定的研究。彭立敏[48]基于线性疲劳累积损伤理论采用有限元软件对普通列车动荷载作用下隧道底板结构的疲劳寿命进行分析，得出 20 cm 厚的 C25 钢筋混凝土疲劳寿命可达 59~60 年。隧底下沉6%隧底不密实20%≤3m12%3~6m44%6~9m23%9~15m15%
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于车-轨-隧一体化模型的重载铁路隧道动力响应特性分析[J]. 肖鹏,彭立敏,施成华,杨高尚,雷明锋. 铁道科学与工程学报. 2017(06)
[2]重载铁路隧道基底结构长期动力特性试验研究[J]. 吴秋军,李自强,于丽,华阳,王明年. 振动与冲击. 2017(10)
[3]深沟球轴承内部载荷序列与寿命计算[J]. 汪久根,徐鹤琴. 机械工程学报. 2017(15)
[4]轨道框架对散粒体道床非线性纵向阻力影响的试验研究[J]. 刘浩,王源,刘淦中,陈嵘,肖杰灵. 铁道学报. 2017(05)
[5]列车振动荷载作用下管片接缝对盾构隧道衬砌结构与周围软土地层动力响应影响研究[J]. 杨文波,徐朝阳,陈子全,李林桂,晏启祥,何川. 岩石力学与工程学报. 2017(08)
[6]混凝土结构疲劳全过程分析方法研究[J]. 梁俊松,丁兆东,李杰. 建筑结构学报. 2017(05)
[7]重载铁路隧道基底结构服役状态评价体系研究[J]. 邹文浩,马伟斌,安哲立. 铁道建筑. 2017(01)
[8]基于车桥耦合动力分析的钢桥疲劳损伤与剩余寿命评估[J]. 李慧乐,夏禾,张楠,杜宪亭,侯云芳. 铁道学报. 2017(01)
[9]循环荷载频率对高速铁路有砟道床累积变形行为的影响[J]. 张徐,赵春发,翟婉明. 中国铁道科学. 2017(01)
[10]桥上列车高速运行引起的地面振动试验研究[J]. 李小珍,张志俊,冉汶民,陈桂媛,张迅. 西南交通大学学报. 2016(05)
博士论文
[1]重载铁路隧道基底结构动力响应特征及服役状态评价体系研究[D]. 邹文浩.中国铁道科学研究院 2016
[2]高速铁路桥梁段车致地面振动的半解析分析与试验研究[D]. 张志俊.西南交通大学 2016
[3]基于长期累积变形演化状态控制的高速铁路基床结构设计方法研究[D]. 刘钢.西南交通大学 2013
[4]基于损伤理论的高速铁路隧道结构振动响应分析及疲劳寿命研究[D]. 黄娟.中南大学 2010
[5]青藏铁路列车行驶多年冻土场地路基振动反应与振陷预测[D]. 朱占元.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]高速列车动荷载作用下盾构管片疲劳破坏形式及寿命预测研究[D]. 刘诣轩.西南交通大学 2017
[2]列车振动荷载作用下隧道衬砌结构动力响应与损伤特性研究[D]. 徐宁.石家庄铁道大学 2016
[3]重载列车行驶下轨道动荷载传递与路基附加动应力分析[D]. 赵洪顺.哈尔滨工业大学 2015
[4]高铁列车动载作用下盾构隧道管片疲劳影响因素及评价方法研究[D]. 邓唐.西南交通大学 2015
[5]基于频域的多轴随机振动疲劳寿命预测[D]. 黄义科.西南交通大学 2015
[6]高速铁路高填方明洞双层衬砌设计方法研究[D]. 徐湉源.西南交通大学 2015
[7]基于弹性层状体系理论的重载铁路轨下结构竖向位移分析[D]. 张秉灿.河北工业大学 2015
[8]MW级风电机组基础环结构分析与优化设计[D]. 黄强.重庆大学 2014
[9]重载铁路隧道基底结构动力响应特性研究[D]. 扶晓康.中南大学 2014
[10]重载铁路隧底结构动力响应及疲劳寿命研究[D]. 晏伟光.中南大学 2014
本文编号：3519895
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