文档名：车辆循环动载下高速铁路路基累积变形预测研究
摘要：高速铁路路基在车辆荷载反复作用下不可避免地产生累积变形,影响铁路轨道-路基结构服役性能和车辆运行品质.为探明高铁路基在循环车辆动载下的累积变形空间分布特性和长期发展规律,建立车致路基累积变形预测模型,其主要由2个子模块组成:1)基于多体动力学和有限单元法建立的高速铁路车辆-轨道-路基耦合时变动力学模型;2)基于建立的车辆-轨道-路基动力相互作用模型,引入路基累积变形预测模型,利用循环跳跃的方式预测不同车辆荷载累积次数下路基的累积变形及其空间分布规律.2个模块的交互方面,在每次循环跳跃后,将路基累积变形空间映射至轨道,形成轨面附加几何不平顺,并同步更新迭代系统动力矩阵,建立了车致路基累积变形与系统动力响应之间的关联关系.研究结果表明:本文提出的计算模型可较好地揭示路基土体累积变形在循环车辆动载下的演化规律;采用循环跳跃的方法可更为真实准确地预测路基的累积变形,其计算的路基累积变形最大值为2.6069mm,而未采用循环跳跃方法计算出的累积变形最大值则为1.7mm,低估了34.8%.路基累积变形在前期发展较快,后期由于土体被不断夯实,累积变形的演化呈现减缓趋势,累积变形速率从1次加载0.035mm减小到1次加载小于10-6mm;在路基具有初始不均匀变形的区域内,路基累积变形的幅值大于路基没有初始不均匀变形的区域;路基的累积变形对系统的垂向动力响应的影响显著,动力响应表现为增大的趋势;对于系统的横向振动,累积变形的影响较小.本文提出的方法和研究结果可为高速铁路路基不均匀累积变形控制和预测提供技术支撑.
Abstract：High-speedrailwaysubgradeinevitablyproducescumulativedeformationunderrepeatedvehicleloadings,affectingthein-serviceperformanceofrailwaytrack-subgradestructureandoperationqualityofhigh-speedtrain.Toinvestigatethespatialdistributioncharacteristicsandlong-termdevelopmentlawsofcumulativedeformationofhighspeedrailwaysubgradeundercyclicdynamicvehicularloads,apredictionmodelforvehicle-inducedcumulativedeformationofhighspeedrailwaysubgradewasestablished,whichmainlyconsistedoftwosub-modules:1)atime-varyingdynamicmodelofhigh-speedrailwayvehicle-track-foundationcouplingbasedonmultibodydynamicsandfiniteelementmethod;2)basedontheestablishedvehicle-track-subgradedynamicinteractionmodel,asubgradecumulativedeformationpredictionmodelwasintroducedtopredictthedeformationofsubgradeanditsspatialdistributionlawunderdifferentvehicleloadcumulativecyclictimesbyusingthecyclicjumpingmethod.Fortheinteractionofthetwomodules,aftereachcyclicjump,thesubgradecumulativedeformationwasmappedtothetracksystem.Thespatialmappingadditionalgeometricirregularityofthetrackanddynamicmatrixofinteractionsystemwasupdatedsimultaneously,whichestablishedthecorrelationbetweenthevehicle-inducedsubgradecumulativedeformationandthedynamicresponsesofthesystem.Theresultsshowthatthecalculationmodelpresentedinthispapercanwellrevealtheevolutionlawofsubgradecumulativedeformationundercyclicdynamicvehicularloads.Theresearchresultsshowthatthecalculationmodelproposedinthispapercanwellrevealtheevolutionlawofthecumulativedeformationofthefoundationsoilundercyclicvehicledynamicloads.Themaximumcumulativedeformationofthesubgradecalculatedbythecyclicjumpmethodis2.6069mm,whilethemaximumcalculatedwithoutadoptingthecyclicjumpmethodis1.7mm,whichcorrespondstoanunderestimationof34.8%.Thecumulativedeformationofthesubgradedevelopedrapidlyintheearlystage.Inthelaterstage,duetothecontinuouscompactionofthesoil,theevolutionofthecumulativedeformationshowsaslowingtrend,andthecumulativedeformationratedecreasedfrom0.035mm/cycletolessthan10-6mm/cycle.Intheregionwithinitialdifferentialsubgradedeformation,theamplitudeofthecumulativedeformationofthesubgradeislargerthanthatwithoutinitialdifferentialsubgradedeformation.Thecumulativedeformationofthesubgradehasasignificanteffectontheverticaldynamicresponsesofthesystem,andthedynamicresponsesshowanincreasingtrend.Thecumulativedeformationhaslittleeffectonthelateralvibrationofthesystem.Themethodandresultspresentedinthispapercanprovidetechnicalsupportforthecontrolandpredictionofdifferentialcumulativedeformationofhigh-speedrailwaysubgrade.
作者：李正 徐磊 王卫东 杜香刚 余志武[5] 刘鹏飞[6] 曾志平[7]Author：LIZheng XULei WANGWeidong DUXianggang YUZhiwu[5] LIUPengfei[6] ZENGZhiping[7]
作者单位：中南大学土木工程学院,湖南长沙410075中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;高速铁路建造技术国家工程研究中心,湖南长沙410075;湖南铁院土木工程检测中心,湖南长沙410075中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室,湖南长沙410075中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所,北京100081中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;高速铁路建造技术国家工程研究中心,湖南长沙410075石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室,河北石家庄050043中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;湖南铁院土木工程检测中心,湖南长沙410075
刊名：铁道科学与工程学报 ISTICPKU
Journal：JournalofRailwayScienceandEngineering
年，卷(期)：2024, 21(4)
分类号：U213.2
关键词：铁道工程 车辆-轨道-路基动力相互作用 路基累积变形 空间几何映射 时变动力系统
Keywords：railwayengineering vehicle-track-subgradedynamicinteraction subgradecumulativedeformation spatialgeometrymapping time-varyingdynamicsystem
机标分类号：U213.2+4U441.2TU435
在线出版日期：2024年5月17日
基金项目：国家重点研发计划，国家自然科学基金，国家自然科学基金，国家自然科学基金，中国中铁重大专项项目，中国中铁重大专项项目，中国中铁重大项目，中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划，中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划车辆循环动载下高速铁路路基累积变形预测研究[
期刊论文] 铁道科学与工程学报--2024, 21(4)李正 徐磊 王卫东 杜香刚 余志武 刘鹏飞 曾志平高速铁路路基在车辆荷载反复作用下不可避免地产生累积变形,影响铁路轨道-路基结构服役性能和车辆运行品质.为探明高铁路基在循环车辆动载下的累积变形空间分布特性和长期发展规律,建立车致路基累积变形预测模型,其主要...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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