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分块型K管片用于盾构扩挖地铁车站的风险控制

《中国铁道科学》 - 2015 年 3 期

作者：彭智勇刘维宁丁德云杨秀仁颜莓鲁卫东

基金：国家自然科学基金资助项目(51008017) 北京市科技计划项目(D0604003040921)

关键词：地铁车站盾构扩挖风险控制分块型K管片接触面内力埋置深度扩挖错距

摘要：将既有的模型试验研究得到的分块型K管片接触面轴力与弯矩临界包络线,作为分块型K管片用于盾构扩挖车站时的风险控制标准,以埋置深度、施工工况和扩挖错距作为关键影响因素,分析分块型K管片应用于盾构扩挖车站的风险控制问题.结果表明:分块结构的接触面经历了一个由上部区域转移到下部区域,再转移回到上部区域的受压复杂变化过程;扣拱扩挖对接触面的内力影响最大;随着扩挖错距的增大,接触面的内力也逐渐增大,且扣拱错距扩挖对接触面的内力影响较大;对3个关键因素共同作用下的接触面内力进行筛分,得到满足分块型K管片正常使用要求的不同扩挖工况下的埋置深度与临界错距的关系曲线,为分块型K管片应用于盾构扩挖地铁车站的施工风险控制提供理论参考.

通用环管片点位确定条件下千斤顶行程差范围计算及其对盾构机推进过程的控制

《中国铁道科学》 - 2015 年 3 期

作者：胡长明张文萃梅源陆征宇

基金：国家自然科学基金资助项目(51408463) 西安建筑科技大学科技项目(QN1409,RC1375) 包头市科技计划项目(2011X1006)

关键词：地下铁道盾构隧道盾构机推进控制盾尾间隙千斤顶行程差管片点位

摘要：为保证已计算出点位的待拼装管片可以顺利安装,基于盾构机与当前环管片和待拼装管片的空间位置关系,建立盾尾间隙改变量的计算模型;通过计算1环管片推进结束后盾构机千斤顶行程差和待拼装管片点位导致的盾尾间隙改变量,结合当前环管片拼装后盾构机的实际轴线与设计轴线的位置关系,给出管片点位确定条件下设定“盾尾间隙允许值”的千斤顶行程差范围计算方法;根据计算结果控制盾构机的推进过程.以宁波城市轨道交通2号线1期工程为例,验证了计算方法的可行性.根据工程实例,进一步给出了点位确定条件下保持盾尾间隙不变这种特殊情况下的行程差计算方法和计算结果;在实际工程中,可参考特殊情况下的计算结果选择合适的千斤顶行程差,控制盾构机的推进过程.

预应力锚杆柔性支护体系中锚杆的变形

《中国铁道科学》 - 2015 年 3 期

作者：周勇朱彦鹏任永忠

基金：国家科技支撑计划项目甘肃省自然科学基金资助项目甘肃省高等学校基本科研业务费资助项目兰州理工大学红柳青年教师培养计划项目

关键词：锚杆支护预应力锚杆变形弹性变形切向位移

摘要：锚杆的总变形主要由锚杆自由段的弹性变形、锚固体的弹性变形、锚固体与土体间的切向位移、锚杆钢筋与锚固体之间的切向位移组成.引入锚杆预应力损失剩余系数的概念,推导出锚杆变形的计算公式;进一步依据基坑或边坡坡面水平位移与锚杆变形协调的原则,给出锚杆预应力的确定方法.工程算例分析表明:在锚杆变形中,锚杆自由段的弹性变形量最大;从上至下锚杆的预应力逐渐变大,锚杆允许变形越小所需的预应力越大;锚杆变形随着锚杆预应力、锚杆锚固段长度、土体界面摩阻力的增加而减小,随着锚杆自由段长度的增加而增加,但不受锚固体直径的影响.建议在实际工程中:根据不同的土质情况,通过调整预应力的大小控制锚杆变形;综合考虑承载力、稳定性和变形控制的要求,合理确定锚杆自由段和锚固段的长度;锚杆锚固体的直径取130～150 mm.

三线合一、三塔悬索桥两设计方案静风稳定性对比研究

《中国铁道科学》 - 2015 年 2 期

作者：徐昕宇李永乐侯光阳遆子龙鲍玉龙

基金：国家自然科学基金资助项目(U1334201,51278434)

关键词：悬索桥公铁两用桥静风稳定性三分力系数风荷载失稳非线性全过程分析失稳形态

摘要：以某公铁两用三线合一、三塔悬索桥为研究对象,运用ANSYS软件分别建立该公铁两用桥的2个设计方案(钢箱桁和钢桁)的全桥有限元模型和等效单梁有限元模型,通过节段模型风洞试验得到这2个设计方案的静力三分力系数曲线;在同时考虑风荷载非线性和结构几何非线性影响的情况下,采用风速增量与内外双重迭代结合的方法,进行该桥2个设计方案的静风稳定非线性全过程对比分析,研究其静风稳定性能.结果表明:建立的三线合一、三塔悬索桥等效单梁有限元模型是可行的;该桥2个设计方案的自振频率均较低,易发生振动,其静风失稳形态为横向、竖向和扭转的空间变形失稳;钢箱桁方案的静风失稳临界风速较钢桁方案的大,而同一风速下钢箱桁方案的桥梁变形比钢桁方案小;不同初始攻角条件下,桥梁静风失稳形态除可能是侧向对称失稳外,还可能是双跨反对称竖向失稳,这与升力系数、升力矩系数密切相关.

32.5 t轴重货车作用下重载铁路轨道的合理刚度

《中国铁道科学》 - 2015 年 2 期

作者：石现峰梁胜楠孙加林

基金：铁道部科技研究开发计划项目(2011T001) 铁道科学技术研究发展中心科研项目(J2011G009)

关键词：重载铁路轨道刚度系统耦合动力学模型动力敏感系数动力特性

摘要：针对以往轨道刚度计算方法只能得出轨下垫板静刚度的取值范围或下限值,而不能确定轨道整体刚度的问题,运用大型轮轨动力学软件NUCARS建立32.5 t轴重货车—轨道系统耦合动力学模型,采用动力敏感系数分析方法,通过分析轨道结构各种部件刚度组合情况下的车辆、轨道系统动力特性,研究32.5 t轴重货车作用下重载铁路轨道的合理刚度.结果表明:钢轨垂向位移、道床压力和垫板压力对垫板刚度较为敏感;轨枕垂向位移、轨枕垂向加速度、道床压力对道床刚度较为敏感;以轨道动力特性的综合效应最小为目标建立目标函数,筛选得出32.5 t轴重货车作用下重载铁路轨道结构的部件刚度最优匹配方案是轨下垫板刚度为140kN· mm-1,道床刚度为150 kN·mm-1;最优部件刚度匹配方案所对应的轨道结构整体刚度为82 kN·mm-1.

考虑多影响因素的无缝线路稳定性研究有限元法

《中国铁道科学》 - 2015 年 2 期

作者：陈波

基金：教育部长江学者和创新团队发展计划项目(IRT1139)

关键词：无缝线路曲线轨道临界温升稳定性有限元法

摘要：根据轨道结构特点以及轨道胀轨变形特征,将扣件、轨枕和道床模拟成一个弹性约束单元,导出约束单元的扭转刚度,将线路初始弯曲变形部分模拟成初始弯曲变形单元,从而建立考虑线路初始弯曲变形部分位置发生变化、不同初始弯曲变形弦长和初始弯曲变形矢度以及不同钢轨类型和曲线半径对无缝线路临界温升影响的无缝线路稳定性研究有限元法.算例分析结果表明:曲线半径越大,初始弯曲变形弦长越小,60 kg·m-1钢轨线路比50 kg·m-1钢轨线路的稳定性更高;曲线半径越小,初始弯曲变形弦长越大,50 kg·m-1钢轨线路比60 kg·m-1钢轨线路的稳定性更高.对于曲线半径较小的线路,初始弯曲部位越靠近线路纵向两端,线路的稳定性越差;扣件、轨枕和道床组成的约束单元刚度降低,临界温升也随之降低,会影响无缝线路的稳定性.

季节性冻土区高速铁路路基冻深研究

《中国铁道科学》 - 2015 年 2 期

作者：杜晓燕叶阳升张千里蔡德钩

基金：中国铁路总公司科研试验任务(Z2013-038) 铁道科学技术研究发展中心科研项目(J2014G003)

关键词：高速铁路路基季节性冻土冻深冻结指数温度场位移场监测

摘要：针对季节性冻土区高速铁路路基冻胀的最大变形量应小于5mm的严格要求,开展季节性冻土区高速铁路路基冻深的研究.在综合分析国内外相关冻深求解方法的基础上,提出采用改进的Berggren法计算高速铁路路基设计冻深的公式.该公式考虑了路基的热力特性、气象条件以及地基条件,适用于特性各异的多层土路基.运用现场监测和基于比奥固结理论的有限元仿真分析方法及改进Berggren法,对某典型冻土区段高速铁路的路基冻胀及温度场和位移场进行测量、计算和分析,结果表明:路基冻深的发展历经较浅且小幅波动、向下快速发展且达到最大、逐渐减小和浅层小幅波动等阶段;路基冻胀变形主要发生在冻深的70％范围内;该典型冻土区段最大冻深的有限元仿真计算值为1.98 m,改进的Berggren法计算值为1.94 m,与实际监测值1.90m的计算误差分别仅为4.2％和2.4％,表明有限元仿真分析方法和改进的Berggren法均为确定路基冻深的有效手段.

我国铁路重载运输技术体系的现状与发展

《中国铁道科学》 - 2015 年 2 期

作者：胡亚东

基金：铁道部科技研究开发计划项目(2011J004) 中国铁路总公司科技开发计划项目(2014J001-A)

关键词：铁路重载运输技术体系机车车辆线路运输组织

摘要：中国重载铁路自20世纪80年代起,经过几十年的发展,构建起了以大秦铁路为代表的25 t轴重重载运输技术体系;采用以25 t轴重和谐HXD1和HXD2型交流传动八轴9 600 kW为主的重载货运电力机车和C80系列运煤专用敞车,以及分布式无线同步控制等技术,创造了单条铁路年运量达4.45亿t的世界纪录.在此基础上,中国铁路近年来又开展了30 t轴重重载铁路运输相关技术和开行3万t重载组合列车成套技术的研究,新研制出30 t轴重的和谐HXD1F和HXD2F型交流传动货运电力机车以及C96和C96H型专用运煤敞车,在中南铁路采用了我国近年来研发的30 t轴重重载工务工程技术和设备;通过进行3万t重载组合列车不同编组方式的仿真计算、列车静置试验和运行试验,基本确定采用1+1+1+1(推)编组方式开行3万t列车的方案是可行的;增大轴重和加大列车牵引重量是我国铁路重载运输技术的发展方向.

轨底坡对曲线线路钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响

《中国铁道科学》 - 2015 年 1 期

作者：周宇张杰姜俊楠

基金：国家自然科学基金资助项目(50908179,51378395) 国家科技支撑计划项目(2013BAG20B01) 中央高校基本科研业务费基金资助项目(20113153)

关键词：钢轨轨底坡铁路曲线疲劳裂纹寿命预测临界平面法轮轨关系

摘要：考虑轮轨蠕滑接触关系,以及普通货车两轴转向架的导向轮对和非导向轮对分别作用在曲线两股钢轨轨头上的应力、应变,建立基于临界平面法的钢轨疲劳裂纹萌生寿命预测模型,研究不同轨底坡对曲线线路钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响.结果表明:在各种轨底坡下外轨疲劳裂纹均主要由导向轮引起,而内轨疲劳裂纹在轨底坡为1∶40～1∶25时主要由导向轮引起,在轨底坡为1∶20～1∶10时主要由非导向轮引起;线路曲线半径越小,导向轮作用下的内外轨疲劳裂纹萌生越早,反之则非导向轮作用下的内轨疲劳裂纹萌生越早;磨耗型新轮与75 kg· m-1新轨接触时,在曲线半径≤1 000 m条件下采用1∶20的轨底坡,在曲线半径＞1 000m条件下采用1∶40的轨底坡,可以延长钢轨疲劳裂纹萌生寿命;选取不同的轨底坡,可以改变轮轨接触斑的位置、面积和黏着—滑动区的分布及蠕滑力,进而影响到钢轨疲劳裂纹萌生寿命,但改变轮轨接触斑位置的范围有限,不同轨底坡时接触斑移动距离在外轨上小于10.2 mm,在内轨上小于3.0mm.

微型桩组合结构抗滑机理模型试验研究

《中国铁道科学》 - 2015 年 1 期

作者：刘鸿肖世国张益锋

基金：国家自然科学基金资助项目(51278430) 四川理工学院人才引进资助项目(2013RC11)

关键词：微型桩组合结构模型试验有限元分析抗滑作用机制

摘要：针对框架梁连接的微型桩组合结构,采用模型试验与有限元分析相结合的方法,对微型桩桩后土压力和桩身水平位移进行测试和分析,研究微型桩组合结构抗滑机理.结果表明:采用框架梁连接的微型桩组合结构,其抗滑机理除了表现在微型桩组合结构增强了滑带的抗剪能力外,各排微型桩还承受较大的弯矩和土体抗力作用;依据模型试验结果,将碎石土受到的土压力采用矩形分布时,运用桩—土相互作用的有限元分析方法计算桩身弯矩和桩身水平位移是合适的,各排微型桩桩身水平位移的理论分析结果与实测结果较为吻合;在模型试验条件下,施加35.49 kPa的滑坡推力时作用在第1-第3排桩上的剩余滑坡推力分别达到2.46,2.11和1.01 kN·m-1,剩余滑坡推力比为2.44∶2.09∶1.

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