【摘要】：高鐵隧道運(yùn)營時會受到運(yùn)行列車動載作用,但目前高速鐵路隧道在列車荷載作用下的動力響應(yīng)研究較為滯后,尤其是對含空洞等缺陷的隧道襯砌動力學(xué)響應(yīng)研究嚴(yán)重不足。因此,本文依托于國家自然科學(xué)基金——高鐵聯(lián)合基金(U1434211),采用現(xiàn)場試驗與數(shù)值模擬的研究方法,以我國現(xiàn)行的典型雙線高速鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)為對象,系統(tǒng)研究了含缺陷與不含缺陷狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)在列車振動荷載作用下襯砌拱圈加速度響應(yīng)分布特征,深入探討了含空洞工作的高速鐵路隧道襯砌拱圈的振動加速度響應(yīng)規(guī)律,研究結(jié)果對揭示含空洞服役的高鐵隧道的長期結(jié)構(gòu)動力學(xué)性態(tài)、結(jié)構(gòu)損傷演變規(guī)律、災(zāi)變破壞前兆,提高高鐵安全運(yùn)營系數(shù)等均具有重要參考意義。主要研究內(nèi)容與成果如下:(1)運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)檢測方法,結(jié)合雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)、現(xiàn)場調(diào)研數(shù)據(jù)和查閱鐵路相關(guān)數(shù)據(jù)資料,采用數(shù)理統(tǒng)計方法總結(jié)了高速鐵路隧道普遍存在的一些病害問題�？芍壳拌F路隧道病害普遍存在于襯砌拱頂,而病害主要以不密實(shí)與空洞為主,且在拱頂位置出現(xiàn)嚴(yán)重等級缺陷的概率較大,為后續(xù)研究的重點(diǎn)放在拱頂空洞缺陷提供了現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)支持。(2)在雙線隧道襯砌現(xiàn)場,進(jìn)行了隧道—路基—軌道作為整體結(jié)構(gòu)在高速列車振動作用下加速度測試試驗,通過對實(shí)測數(shù)據(jù)的分析,給出了在某一特定列車時速下的襯砌橫向振動加速度與豎向振動加速度沿拱圈的分布規(guī)律,并得到了襯砌在近車一側(cè)與遠(yuǎn)車一側(cè)的振動響應(yīng)規(guī)律;各速度級列車引起隧道襯砌振動頻譜可知,在相同測點(diǎn)位置不同速度級振動引起的襯砌振動頻率接近,墻腳測點(diǎn)1振動頻率為133.125Hz~136.25Hz范圍且伴有高頻成分響應(yīng),墻腳以上1m測點(diǎn)2振動頻率為176.25Hz~190Hz范圍且高頻衰減,墻腳以上2m測點(diǎn)3振動頻率為196.875Hz~218.125Hz范圍,墻腳以上3m測點(diǎn)4振動頻率為190.75Hz~231.25Hz范圍,墻腳以上5m測點(diǎn)5振動頻率為174.375Hz~178.375Hz,且在測點(diǎn)5位置高頻振動衰減明顯;不同速度動車組、單機(jī)和軌檢車通過隧道時引起的襯砌振動加速度主頻在130Hz~230Hz之間,且具有200Hz以下傳遞比較大的特性。(3)簡單介紹了動力荷載求解方法在ABAQUS有限元軟件中的應(yīng)用,并運(yùn)用經(jīng)典的列車荷載公式進(jìn)行模型荷載輸入。在實(shí)測列車輪軌力及頻譜分析的基礎(chǔ)上,對公式計算中的軌道計算波長與矢高值進(jìn)行了修正,以用于所測隧道線路軌道不平順情況,彌補(bǔ)列車荷載實(shí)測值的不足,減少采用經(jīng)典數(shù)學(xué)公式進(jìn)行模型計算帶來的誤差,使得模型荷載計算更貼近于實(shí)際。(4)基于ABAQUS有限元軟件,建立二維有限元模型模擬了隧道結(jié)構(gòu)在列車荷載作用下,襯砌結(jié)構(gòu)背后在含空洞與不含空洞狀態(tài)下的拱圈振動加速度響應(yīng),模型計算結(jié)果與試驗結(jié)果基本吻合,驗證了模型各參數(shù)選取的適用性,并初步得到了襯砌拱圈在含空洞與不含空洞狀態(tài)下的振動加速度響應(yīng)傳遞規(guī)律;給出了襯砌背后含相同尺寸空洞狀態(tài)下,不同列車時速對襯砌拱圈振動加速度響應(yīng)的影響規(guī)律;給出了在同一時速列車荷載作用下,不同空洞尺寸對襯砌拱圈振動加速度響應(yīng)的影響規(guī)律,得到了最不利空洞尺寸。(5)建立了隧道三維有限元模型,對隧道襯砌背后不含空洞、含平行空洞與錯位空洞的模型中襯砌振動加速度響應(yīng)進(jìn)行了研究,得到平行空洞對隧道襯砌振動響應(yīng)影響更大的結(jié)論;并且針對平行空洞的模型,分別從空洞寬度、長度與洞間距等方面,對空洞間的襯砌振動加速度響應(yīng)進(jìn)行了研究,得到了多空洞存在狀態(tài)下空洞寬度、長度與空洞間距離對襯砌拱圈振動加速度影響的最不利狀態(tài)因素。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國鐵道科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U451.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 肖乾;昌超;王立乾;王磊;;輪軌振動行為下高速輪軌滾動接觸瞬態(tài)特性分析[J];中國鐵道科學(xué);2017年03期

2 耿亞帥;朱正國;顧廣彬;張暢飛;王道遠(yuǎn);;地震作用下隧道襯砌背后不同位置空洞影響分析[J];國防交通工程與技術(shù);2016年01期

3 朱正國;耿亞帥;武杰;朱永全;王道遠(yuǎn);韓現(xiàn)民;;地震作用下隧道襯砌背后空洞影響機(jī)制研究[J];鐵道工程學(xué)報;2015年09期

4 張成平;馮崗;張旭;韓凱航;張頂立;;襯砌背后雙空洞影響下隧道結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)分析[J];巖土工程學(xué)報;2015年03期

5 江波;齊法琳;;高原凍土隧道地質(zhì)雷達(dá)法檢測分析[J];鐵道建筑;2014年05期

6 劉敦文;楊光;彭懷德;;爆破作用下拱頂襯砌脫空對隧道結(jié)構(gòu)安全的影響分析[J];中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年10期

7 肖京平;黃志祥;陳立;;高速列車空氣動力學(xué)研究技術(shù)綜述[J];力學(xué)與實(shí)踐;2013年02期

8 魏鵬勃;夏禾;曹艷梅;;地面線城軌列車引起的地面振動預(yù)測模型研究[J];地震工程與工程振動;2012年06期

9 施成華;雷明鋒;彭立敏;丁祖德;;砂層隧道列車振動響應(yīng)與地基累積變形研究[J];鐵道學(xué)報;2011年07期

10 康富中;江波;賀少輝;齊法琳;;地質(zhì)雷達(dá)在風(fēng)火山隧道病害檢測中的應(yīng)用與結(jié)果分析[J];工程地質(zhì)學(xué)報;2010年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 黃娟;基于損傷理論的高速鐵路隧道結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)分析及疲勞壽命研究[D];中南大學(xué);2010年

，

本文編號：2407577