客运专线涵—涵过渡段动力特性试验研究及仿真分析

高速铁路的发展必须以安全、可靠、舒适等为前提,这些取决于铁路系统各方面的高品质和高可靠性。过渡段问题是高速铁路必须解决的关键技术之一。本文在广泛查阅国内外相关研究成果的基础上,以武广客运专线涵-涵过渡段为工程背景,以国家自然科学基金项目为依托,采用数值摸拟和现场试验相结合的方法,研究动车荷载作用下不同条件的涵-涵过渡段的动力响应特性,获得了许多具有重要的实际工程参考价值的测试数据和研究结论。主要的研究工作和结论如下: （1）针对武广客运专线DK1252+679～+731涵-涵过渡段工点详细制定了动力特性研究方案:获取参数试验方案设计、现场实施及数据处理分析;ANSYS建立仿真分析有限元模型并进行仿真计算研究分析过渡段的动力特性;进行过渡段现场动测试验,并对比分析研究仿真与实测结果。 （2）现场波速测试试验得到:级配碎石,A、B填料,粘土层的平均Ed分别为1716MPa,793MPa,596MPa;平均Gd分别为659MPa,295MPa,219MPa。 （3）利用ANSYS软件建立涵-涵过渡段有限元仿真计算模型,并进行仿真研究过渡段的结构动力特性: ①行车速度在350km/h下,涵-涵过渡段结构的动力作用:动位移在纵向上成“M”形分布;竖向上各动响应值均是随深度增加而减小,其中动位移减小的速率较小,其它三者近似双曲线或指数曲线减小; ②行车速度的影响:行车速度从150km/h～350km/h增长时,路基的动响应值随速度增大而缓慢增大;当行车速度从350km/h～400km/h增长时,在路基本体为A、B填料的普通路基上,动位移、加速度和速度三个动响应值皆迅速上升;这说明了如果要继续提速则必需改善普通路基的结构,或提高路基本体A、B填料的工程特性。 ③基床表层厚度增加可适当改善过渡段中普通路基段的动响应,尤其是改善轨下正下方路基本体的动响应。当行车速度继续增加,这种改善作用会更加突出。 ④涵-涵中心距变化主要对动位移的影响比较大,对动应力、加速度、速度的影响很小。涵-涵中心距为43.2m时,过渡段的动位移值最大,比其它涵间距要大出12%。 （4）现场动测数据分析研究,统计分析结果表明实测数据基本符合正态分布,将实测与仿真结果对比偏差较小,总体变化趋势比较吻合:动响应值皆随着行车速度的增大而增大;加速度在基床表层以下,沿竖向向下呈指数趋势或双曲线趋势减小;动应力在两涵洞处的最大,中间部分路基的较小;涵-涵间路基面的动位移沿纵向的分布呈“M”型。 （5）通过对涵-涵相邻过渡段的动响应实测和仿真分析,了解了在不同速度运行的动车荷载作用下的动应力、动位移、加速度等动响应值的大小及其分布规律,为相邻过渡段的设计、施工提供了重要的参考。