含空洞缺陷高鐵隧道在列車荷載作用下動力學(xué)響應(yīng)規(guī)律研究.pdf

1、高鐵隧道運營時會受到運行列車動載作用，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

2、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)運用地質(zhì)雷達檢測方法，結(jié)合雷達檢測數(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與空洞為主，且在拱頂位置出現(xiàn)嚴重等級缺陷的概率較大，為后續(xù)

3、研究的重點放在拱頂空洞缺陷提供了現(xiàn)實數(shù)據(jù)支持。
　　(2)在雙線隧道襯砌現(xiàn)場，進行了隧道—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，在相同測點位置不同速度級振動引起的襯砌振動頻率接近，墻腳測點1振動頻率為133.125Hz～136

4、.25Hz范圍且伴有高頻成分響應(yīng)，墻腳以上1m測點2振動頻率為176.25Hz～190Hz范圍且高頻衰減，墻腳以上2m測點3振動頻率為196.875Hz～218.125Hz范圍，墻腳以上3m測點4振動頻率為190.75Hz～231.25Hz范圍，墻腳以上5m測點5振動頻率為174.375Hz～178.375Hz，且在測點5位置高頻振動衰減明顯;不同速度動車組、單機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

5、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，并運用經(jīng)典的列車荷載公式進行模型荷載輸入。在實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行了修正，以用于所測隧道線路軌道不平順情況，彌補列車荷載實測值的不足，減少采用經(jīng)典數(shù)學(xué)公式進行模型計算帶來的誤差，使得模型荷載計算更貼近于實際。
　　(4)基于ABAQUS有限元軟件，建立二維有限元模型模擬

6、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