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2.5D有限元方法在铁路路基动力响应研究领域中的应用渐趋广泛。针对其在求解随机不平顺条件下路基动力响应时计算效率显著下降的问题,构建了基于二维降阶Hermite插值的2.5D有限元路基动力响应快速计算框架。以路基在频率-波数域动力响应的基本特征为依据确定了插值原则,讨论了插值点分布和数量对插值精度的影响。研究表明：采用二维降阶Hermite插值方法可以实现随机不平顺条件下路基动力响应的快速计算。相比插值点非均匀分布,插值点均匀分布可以兼顾幅值和相位的插值精度,适应性更好。此外,该方法的计算效率仅与插值点数量相关,不受随机不平顺谐波数量的影响,在模拟随机不平顺条件下路基动力响应方面具备显著的优势。 相似文献
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随着我国冻土地区铁路运营里程的不断提升,冻土路基在随机列车荷载作用下的动力响应分析成为了急需解决的工程问题。本文以青藏铁路某路基横断面为例,采用时域显式蒙特卡罗模拟法,计算其在随机列车荷载作用下响应的统计特征。首先,提出列车驶过施加在路基顶面荷载的快速计算方法,并引入轨道不平顺及列车行驶速度两类随机参数,以生成随机分析所需的大量荷载样本。然后,采用数值积分方法将运动方程在时域上进行离散,建立任意离散时刻冻土路基动力响应关于列车荷载的显式表达式。基于该显式表达式,可以高效地实施蒙特卡罗模拟,得到在随机列车荷载作用下路基关键响应的均值、标准差和峰值等统计量。采用该方法,分析了路基在夏冬两个季节不同深度处的随机动力响应,发现在夏季路基浅层中的位移和速度响应最为剧烈。数值算例表明,时域显式蒙特卡罗模拟法在冻土路基随机振动分析中具有理想的计算精度和计算效率。 相似文献
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由于轨道的不平整性,列车运行中会产生较大的激振荷载。该激振荷载使铁路路基和地基发生动态响应。铁路路基过大的振动反应会对列车的通行安全不利,降低乘车的舒适性,而且会对铁路周边的建筑物带来不良振动,给周围居民带来噪音污染。所以研究和评估列车通过时铁路路基和地基的动态响应具有重要的实际意义。本文以Biot动态方程为控制方程,以有限元程序包FSSI-CAS 2D为数值计算工具,在前人研究的基础上,进一步深入研究了铁路路基、富水砂性地基在列车行车动荷载作用下的动态响应问题。考虑铁路路基和地基中地下水面线以上部分的非饱和带的存在是本研究的一个特色之处。数值计算表明在列车行车激振荷载作用下,铁路路基-地基系统发生强烈的动力响应,其中以低频的竖向响应为主; 并且该响应存在衰减。非饱和带内的负孔隙水压力在列车激振荷载作用下不发生变化,而饱和带内孔隙压力发生振荡。本文所提供的研究方法、工具和计算案例可为铁路交通工程中评价列车通过的安全性、乘车的舒适性提供研究参考。 相似文献
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提出多自由度模型分析法,构建金属矿采空区群类动力响应微分方程,引入剪切力作用修正因子矩阵λ和作用系数矩阵B,表征外部荷载作用下围岩剪切作用,研究爆破荷载激励下复杂立体采空区群动力响应问题。采用Newmark-β法对采空区群类动力响应微分方程迭代求解,利用Matlab自编程序实现快捷计算,解决了多自由度采空区群动力响应计算效率低、精度差的难题。以某金属矿3×3单元采空区为例,与数值模拟方法进行对比分析表明,该方法可直观地反映立体采空区群内部质点的动力响应规律,二者位移、速度时程曲线变化趋势基本一致,位移变化峰值的区域为爆破荷载施加部位。多自由度模型法计算结果与现场位移监测对比表明,两者变化规律相似,位移峰值在同一数量级上,后者位移变化具有滞后性。该方法为复杂立体采空区群的动力响应研究提供了一种新思路。 相似文献
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离岸深水全直桩码头结构长期承受波浪力、撞击力等动荷载作用,仅从静力角度分析不能满足工程设计要求。为研究离岸深水全直桩码头结构动力简化计算方法,利用ABAQUS软件建立了全直桩码头的嵌固点模型和结构-地基相互作用的三维弹塑性有限元模型。基于所建立的有限元模型,采用模态分析法研究了上述码头结构的自振特性。分析表明,结构基本周期较长,与波浪力、撞击力荷载周期接近,结构动力响应突出。进一步计算发现,全直桩码头结构在波浪力、撞击力荷载作用下的动力响应有限元计算结果与采用单自由度系统位移动力放大系数理论公式计算结果吻合较好,由此提出全直桩码头结构动力响应可按单自由度系统位移动力放大系数理论公式进行简化计算。在此基础上,结合规范中的m法、p-y曲线法、NL法提出了上述码头结构动力简化计算方法,通过与动力有限元计算结果对比,验证了所建立简化计算方法的正确性。 相似文献
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本文提供了一种简单的确定性数值方法,来分析在平稳随机地震荷载作用下的结构随机地震响应及动力可靠度。该方法基于有限元动力分析软件,以单位加速度脉冲函数作为地震荷载的输入,当计算出结构的脉冲响应函数后,再运用傅立叶变换得到随机激励和结构响应之间的传递函数,由此来计算结构的均方根响应和峰值响应。基于此方法,分析了挡土结构物在平稳随机地震荷载作用下的位移、弯矩、基底水平合力、基底竖向合力以及沿墙高的土压力极值的随机地震响应及动力可靠度。从分析结果可以看出:用Kanai谱模型的计算值比欧进萍谱模型的计算值更趋保守,而把响应过程当作马尔可夫过程似比泊松过程更精确。 相似文献
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冲击荷载下土体位移特征研究 总被引：10，自引：0，他引：10
建立了冲击荷载作用下土体动力压密有限元方程及其数值计算方法。用Ansys-Ls-dyna软件包对山西化肥厂地基冲击荷载作用后土体的动力响应进行了分析,得出了冲击荷载作用下分层土体中的位移分布特征及其它们的变化过程,计算结果与实测结果吻合较好。研究结果表明：冲击荷载作用下土体位移的影响范围为一椭球体。侧向加固半径距荷载作用中心接近2D(D为夯锤直径),荷载作用中心下加固深度能达到2D甚至更大。 相似文献
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冻土路基在地震作用下的动力响应 总被引：1，自引：1，他引：0
青藏高原是地震多发区,冻土区的公路、铁路在地震作用下的动力响应必须考虑．将冻土作为黏弹塑性材料,考虑冻土在动力荷载作用下的热力耦合效应,从热传导方程、渗流微分方程和动力平衡方程出发,建立了冻土的动力热一力耦合微分方程．根据相应的有限元列式,对路基在地震荷载作用下的动力响应进行了计算与分析． 相似文献
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本文以大西客运专线高速铁路正交跨越地裂缝带为研究对象,基于有限元数值方法建立了高速铁路地基-地裂缝-路堤动力计算模型,模拟分析了高速列车荷载作用下有、无地裂缝带天然地基上路基的动力响应差异特征及影响规律。计算结果表明:列车荷载作用下无地裂缝带场地,路基动位移、加速度和动应力响应基本平稳,没有明显差异现象;而地裂缝带场地路基动位移、路堤本体内加速度均表现为上盘增大、下盘减小,垂直于线路走向路基动位移、加速度幅值衰减下盘大于上盘,地裂缝对加速度影响的临界深度约为地表以下15 m;地裂缝的存在引起其上盘路基出现动应力降低和下盘动应力增强现象,地裂缝场地沿深度方向路基动应力影响的临界深度为地表以下10 m。上述研究结果可为我国地裂缝发育区高速铁路建设与防灾减灾提供科学依据。 相似文献
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利用传递-反射矩阵方法和叠加原理推导了双轮胎振动荷载作用下弹性层状公路结构的动力响应解,并利用Hankel数值逆变换技术进行了数值求解。弹性层状结构的传递-反射矩阵同时具有单个矩阵尺寸小、矩阵元素只含有负指数项2个优点,计算结果不受土层单元厚度与荷载频率大小的影响,可以大幅提高计算效率和精度。通过将数值计算与室内模型试验结果进行比较,验证了方法的正确性。在此基础上,分析了面层厚度及模量对层状公路结构动应力、动位移的影响程度和规律,得出了一些有意义的结论。研究结果可为公路路面、路基结构设计提供参考。 相似文献
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美国在2004年通过NCHRP 1-37A项目提出了用于路基土评估的新的动态回弹模量模型。该模型由于考虑了体应力和偏应力的影响,已得到广泛应用。然而,目前对于该模型的有限元实现均采用基于等效动三轴试验的等效切线模量进行材料点的局部迭代。为克服该实现方法在复杂应力状态下因模型简化带来的偏差,基于广义虎克定律推导了该回弹模量模型的精确一致切线刚度矩阵。通过编写的ABAQUS用户自定义材料子程序（UMAT）对轴压和围压加载情形进行有限元模拟,发现新推导的有限元实现方法较现有基于等效三轴试验的简化方法具有更高的计算效率和精度。最后对典型沥青路面结构的分析表明,为提高复杂应力状态下路基响应计算精度,在路面结构分析中采用基于当前应力状态的一致切线刚度矩阵代替等效切线刚度矩阵是十分必要的。 相似文献
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冻土路基在列车荷载作用下的动力响应是一个复杂的热、力相互作用过程,又是一个急需解决的实际工程难题. 应用冻土物理学、冻土力学、传热学等基本理论建立冻土路基的动力分析模型,以青藏铁路某普通路基典型断面为例,对冻土路基在列车荷载作用下的动力响应进行了数值模拟,并系统的分析了路基内动应力、位移、加速度等动力响应特点. 结果表明：普通路基修筑后,在路基及其下部地基中将会产生大片力学性质不稳定的高温冻土层;在列车荷载作用下,路基内土体产生竖向加速度,随着深度增加,加速度波动范围减小,路基顶面中心点加速度波动范围比路基底面中心点大一个量级. 路基竖向位移由道砟中心向内部呈圆弧状逐渐减小,整个分布关于路基中线对称;在不同季节的路基上施加列车荷载时,路基顶面的动应力差异不大,但路基底面的动应力差异达7.5 kPa. 不同季节的路基内动应力随深度的衰减曲线不同,路基表面以下2 m和大于15 m的深度范围内,差异较小;2~15 m的范围内,差异较大. 相似文献
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粗粒土填料被广泛应用于铁路基床填料中,直接承受轨道结构传递的列车动循环荷载的长期作用,研究其在列车动荷载作用下的动力行为特征及塑性变形特性可为路基状态评估、沉降控制提供思路。采用GDS动三轴试验系统对铁路基床表层的粗粒土填料动力响应开展研究,通过引入塑性应变率和安定理论,将不同频率、围压、循环动应力比等条件下路基填料的轴向塑性应变的发展规律划分为塑性安定、塑性蠕变和增量塑性破坏3种类型,并确定了塑性安定和塑性蠕变状态的临界动应力水平。研究表明：粗粒土填料的临界循环应力比随着围压的增大而增大,随着荷载频率的增加而减小。通过对试验结果的拟合分析,提出了以围压为变量的临界动应力经验公式,为合理评估列车荷载作用下路基任意深度的动力稳定提供了理论依据。 相似文献
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为了给应用落锤式弯沉仪（falling weight deflectometer,简称FWD）准确识别路基性能劣化提供理论基础,建立了考虑路基非饱和特性的弹性层状路面在FWD荷载作用下的振动响应计算模型。通过Laplace-Hankel变换对模型的动力控制方程进行了推导求解,建立了路面和非饱和路基的动力刚度矩阵。并由层间连续性条件合成了公路结构的整体动力刚度矩阵,结合边界条件得出了FWD荷载作用下整个公路结构在变换域内的振动响应解。利用Laplace-Hankel逆变换对振动响应进行了空间-时间域内的数值求解,分析了FWD荷载频率和路基饱和度对振动响应的影响以及路基性能劣化与路表振动信号的关联性。研究结果表明：路表竖向动位移主要受FWD荷载低频成分的影响且随饱和度的增大而增大;相比较路表振动速度和路基表面竖向动应力,路表竖向动位移受路基性能劣化的影响更敏感,且在距荷载中心1.2 m位置处的路表竖向动位移变化率达到最大。研究结果可为路基性能劣化的反馈指标与位置选择提供科学依据。 相似文献
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I型轨道-路基系统动力荷载放大系数模型试验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
高速列车行车时产生的动力荷载大小受多种因素影响,以列车运行速度的影响尤为关键。由于车辆-轨道-路基结构的复杂性,要通过理论计算准确地确定行车速度对动力荷载的影响并不容易。目前足尺物理模型试验已成为高速铁路无砟轨道路基结构动力性能研究的重要手段。根据沪宁城际无砟轨道设计和施工标准,建成室内1: 1无砟轨道路基模型,通过单个轮轴的动态激振试验获得I型轨道板动应变幅值及路基动土压力幅值随加载频率的变化规律,在该基础上得到列车动荷载随行车速度的变化规律。结合德国铁路动力荷载放大系数的计算公式,提出确定高速铁路I型轨道结构动力荷载放大系数的方法,并分别获得轨道板与路基结构动力荷载放大系数随列车运行速度的变化规律,可为我国I型轨道-路基系统设计动力荷载的确定提供依据。 相似文献
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饱和土体中空沟对移动荷载被动隔振的 2.5D边界元法分析 总被引：1，自引：1，他引：0
根据饱和土Biot理论及移动荷载特性,采用积分变换方法,推导了半无限饱和土体频域-波数内的边界积分方程,讨论了2.5D边界积分方程中Cauchy的奇异性,并分析了空沟对移动荷载引起饱和土体振动的被动隔振效果。通过与已知文献结果比较,验证了算法的正确性。数值结果表明,采用2.5D BEM不仅可以解决具有复杂表面的移动荷载作用下动力响应问题,而且可极大减小计算工作量。对于饱和土体受高速移动荷载作用,空沟更能有效减小土体孔压、竖向位移的振幅;当荷载速度较小时,空沟对土体表面的水平向位移几乎不起衰减作用,甚至有放大效应。另外,随空沟距振源的距离增大,空沟能够更好阻隔土体表面波传播。 相似文献
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提速列车荷载作用下铁路路基动力特性的研究 总被引：8，自引：2，他引：6
结合铁路提速现状,分析了既有线上运行最高时速200 km/h客车、120 km/h货车时路基的动力响应。首先,采用列车-轨道耦合动力学模型,计算轮轨间相互作用力,然后,通过非线性数值分析,研究不同列车编组和行车速度条件下路基的动力响应,包括路基横断面的动应力、位移和加速度的大小、分布规律、沿路基深度内的衰减,并探讨了路基参数与动力响应的关系,同时与既有线的部分实测结果进行对比分析。研究表明,列车速度提高对路基动力响应的影响有限,但轴重的影响很大;对既有线路基加固时,存在一个最佳的路基刚度值（120 MPa）;道床厚度增加,路基动应力线性减少,但路基动位移和加速度变化不明显。 相似文献