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深埋式桩板结构桥-隧过渡段动力响应特征分析

李双龙,魏丽敏,何群,何重阳

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李双龙, 魏丽敏, 何群, 何重阳. 深埋式桩板结构桥-隧过渡段动力响应特征分析[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2021, 56(6): 1222-1231. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191096
引用本文: 李双龙, 魏丽敏, 何群, 何重阳. 深埋式桩板结构桥-隧过渡段动力响应特征分析[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2021, 56(6): 1222-1231.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20191096
LI Shuanglong, WEI Limin, HE Qun, HE Chongyang. Dynamic Response Characteristics of Bridge-Tunnel Transition Section with Deep Buried Pile-Plank Structures[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(6): 1222-1231. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191096
Citation: LI Shuanglong, WEI Limin, HE Qun, HE Chongyang. Dynamic Response Characteristics of Bridge-Tunnel Transition Section with Deep Buried Pile-Plank Structures[J].Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(6): 1222-1231.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20191096

深埋式桩板结构桥-隧过渡段动力响应特征分析

doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20191096
基金项目:国家自然科学基金(51878671,51678575);中国铁路总公司科技研究开发计划(2014T003-D)
详细信息
    作者简介:

    李双龙(1991—),男,博士研究生,研究方向为岩土工程,E-mail:lsl_7631@163.com

    通讯作者:

    魏丽敏(1965—),女,教授,博导,研究方向为岩土工程,E-mail:lmwei@csu.edu.cn

  • 中图分类号:U213

Dynamic Response Characteristics of Bridge-Tunnel Transition Section with Deep Buried Pile-Plank Structures

  • 摘要:

    为了解深埋式桩板结构桥-隧过渡段的动力特性及过渡性能,在沪昆高铁某工点过渡区(含隧道口、过渡段及桥台)开展现场动力响应测试,分析不同车型、车速及行车方向等工况下过渡区的动力响应分布规律;并建立考虑车辆-轨道-路基耦合振动数值模型,研究过渡区的线路平顺性及桩板结构过渡段的动应力分布. 研究结果表明:不同车型列车激励下,过渡区振动加速度及动位移有效值的最大值分别为0.85 m/s2、0.034 mm,过渡段的振动水平要比隧道及桥台的更低;过渡段动力响应有效值随车速增大而增大,其增幅比隧道与桥台的更小;行车方向对过渡段与桥台连接区域的动力响应影响较大,对其他断面影响微弱;列车以300 km/h车速经过该过渡区时,过渡区钢轨挠度最大变化率约为0.149 mm/m,车体竖向加速度最大值为0.74 m/s2;桩板结构的存在能够将列车荷载传递至深部地基,使浅层地基土体承受的动力作用降低.

  • 图 1桥-隧过渡区结构概况(单位:m)

    Figure 1.Schematic profile of the transition zone (unit: m)

    图 2桩板结构尺寸(单位:m)

    Figure 2.Pile-plank structure (unit: m)

    图 3监测布置

    Figure 3.Layout of monitoring instruments

    图 4不同车型振动加速度和动位移有效值对比

    Figure 4.Comparison of effective values of acceleration and displacement under different train types

    图 5不同车速列车激励振动响应对比

    Figure 5.Comparison of dynamic responses underdifferent train speeds.

    图 6不同行车方向动力响应对比

    Figure 6.Comparison of dynamic responses in two driving directions

    图 7相邻测试断面间的加速度变化

    Figure 7.Acceleration changes between adjacent test sections

    图 8数值模型建立(单位:m)

    Figure 8.Establishment of numerical model (unit:m)

    图 9模拟值与实测值对比(测点S2-3)

    Figure 9.Comparison between the numerical results and the field measurements (PointS2-3)

    图 10基床竖向动应力分布

    Figure 10.Vertical dynamic stress distribution of the subgrade

    图 11基床及地基竖向动应力沿深度分布

    Figure 11.Distribution of vertical dynamic stress along the depth of subgrade and foundation

    图 12过渡区钢轨位移和等效刚度分布

    Figure 12.Distribution of the rail displacement and equivalent stiffness in the transition zone

    图 13列车经过过渡区时的竖向加速度分布

    Figure 13.Vertical acceleration distribution of the train passing through the transition zone

    表 1车辆参数与扣件参数

    Table 1.Vehicle parameters and fastener parameters

    车体及扣件参数 数值
    车体质量Mv/kg 44 320
    转向架质量Mb/kg 3 136
    轮对质量Mw/kg 2 352
    一系悬挂刚度Kpz/(kN•m−1 1 040
    二系悬挂刚度Ksz/(kN•m−1 400
    扣件刚度Krz/(MN•m−1 60
    一系悬挂阻尼Cpz/(kN•s•m−1 40
    二系悬挂阻尼Csz/(kN•s•m−1 60
    扣件阻尼Crz/(kN•s•m−1 60
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    表 2过渡区各结构层材料属性

    Table 2.Material properties of components in the transition zone

    结构层 弹性模量/GPa 泊松比 密度/(kg•m−3 黏聚力/kPa 内摩擦角/(°) 阻尼比
    钢轨 205.900 0.30 7830 0.01
    轨道板 32.500 0.16 2500 0.03
    底座板 25.500 0.16 2500 0.03
    基床表层 0.5400 0.30 2000 34 58 0.08
    基床底层 0.920 0.25 2100 29 27 0.07
    承载板 56.000 0.20 2500 0.02
    钻孔桩 38.000 0.20 2500 0.03
    粉质黏土 0.035 0.30 1930 24 16 0.10
    灰岩 0.600 0.29 2090 0.09
    桥台 30.000 0.20 2300 0.02
    简支梁 22.000 0.18 2550 0.03
    隧道基岩 12.000 0.20 2300 0.04
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    表 3模拟值与实测值对比

    Table 3.Comparison between the numerical results and the field measurements

    项目名称 加速度 速度
    实测值/(m•s−2 模拟值/(m•s−2 差异/% 实测值/
    (× 10−3m•s−1
    模拟值/
    (× 10−3m•s−1
    差异/%
    底座板内侧测点 B0-3 0.190 0.170 10.5 0.940 0.89 5.3
    S1-3 0.250 0.270 8.0 0.860 0.820 4.7
    S2-3 0.170 0.160 5.9 0.800 0.690 13.8
    S3-3 0.150 0.110 26.7 0.470 0.460 2.1
    T0-3 0.460 0.250 45.6 1.420 0.930 34.5
    路基中心线测点 B0-4 0.127 0.121 4.1 0.723 0.636 12.1
    S1-4 0.114 0.129 13.1 0.391 0.357 8.8
    S2-4 0.077 0.070 10.0 0.320 0.288 10.2
    S3-4 0.071 0.055 23.0 0.247 0.209 15.5
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出版历程
  • 收稿日期:2019-11-13
  • 修回日期:2020-05-06
  • 网络出版日期:2020-05-14
  • 刊出日期:2020-05-14

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