鄭西客運(yùn)專線樁板結(jié)構(gòu)路基激振試驗(yàn)研究.pdf

1、樁板結(jié)構(gòu)路基是一種新型高速鐵路路基結(jié)構(gòu)，由承臺(tái)板、托梁、樁和地基土組成。樁板結(jié)構(gòu)相比于土質(zhì)路基有工后沉降小、整體剛度大的優(yōu)點(diǎn)。目前樁板結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)資料積累較少，工程界對(duì)其在列車動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)參數(shù)了解較少，尚不明確其在重復(fù)荷載作用下的動(dòng)力性能。本文密切結(jié)合鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)課題“鄭西客運(yùn)專線路基樁板結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究”，開展了樁板結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)激振試驗(yàn)，圍繞試驗(yàn)成果采用了理論分析、數(shù)值仿真等技術(shù)手段進(jìn)行驗(yàn)證，系統(tǒng)研究了樁板結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷

2、載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和長(zhǎng)期動(dòng)力性能，得出以下結(jié)論： (1)充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外樁板結(jié)構(gòu)路基的應(yīng)用研究現(xiàn)狀，系統(tǒng)分析樁板結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和性能，給出了樁板結(jié)構(gòu)路基的定義和適用范圍。 (2)建立了激振器的單自由度振動(dòng)模型，系統(tǒng)分析了激振器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、試驗(yàn)方法和結(jié)果處理手段。 (3)建立了樁板結(jié)構(gòu)的三自由度連續(xù)梁振動(dòng)模型，系統(tǒng)分析了自由振動(dòng)和簡(jiǎn)諧強(qiáng)迫振動(dòng)兩種情況，推導(dǎo)了樁板結(jié)構(gòu)自振頻率計(jì)算公式為f=1.1a√EI/ml3，其中修正系

3、數(shù)a可取0．1～0．03。 (4)建立了激振器—樁板結(jié)構(gòu)三維有限元模型，計(jì)算表明樁板結(jié)構(gòu)的自振頻率為0．4～1．5Hz，影響樁板結(jié)構(gòu)自振頻率的三大因素為樁長(zhǎng)、跨度和樁側(cè)土模量。計(jì)算表明，動(dòng)荷載幅值不變、頻率增大時(shí)，樁板結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)力和動(dòng)位移線性減小，速度和加速度線性增大；動(dòng)荷載頻率不變、幅值增大時(shí)，樁板結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)位移、速度和加速度線性增大；列車軸重對(duì)樁板結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)影響最大。 (5)采用大型激振器模擬列車單軸荷載，

4、對(duì)樁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃頻激振和100萬次重復(fù)激振試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，樁板結(jié)構(gòu)的響應(yīng)頻率等于荷載頻率，動(dòng)應(yīng)力沿樁身衰減，樁長(zhǎng)50m處衰減系數(shù)為0．4。試驗(yàn)測(cè)得樁板結(jié)構(gòu)自振頻率小于5Hz。 (6)實(shí)測(cè)樁板結(jié)構(gòu)最大動(dòng)位移為0．133mm，加速度為0．105g，樁板結(jié)構(gòu)具有較大路基面支承剛度，滿足高速客運(yùn)列車舒適性和平穩(wěn)性的要求。 (7)在100萬次重復(fù)激振試驗(yàn)中，樁板結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)力幅度始終小于材料疲勞容許應(yīng)力，且波動(dòng)很小，樁板結(jié)構(gòu)具有