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原文传递高速铁路桩板式低路堤动力响应特性研究

论文题名：	高速铁路桩板式低路堤动力响应特性研究
关键词：	低路堤;动力响应特性;数值计算;高速铁路
摘要：	随着高速列车运行速度的不断提高，对低路堤的动力稳定性提出了更高的要求。充分了解低路堤的动力响应是高速铁路路基设计和保障铁路运输安全高效的需要。室内动力试验、现场动力响应测试、理论分析等都是研究路基动力响应的主要手段，室内试验由于受试验设备、尺寸效应等的影响，难以保证物理参数满足相似性要求，原位动力试验在研究不同路基结构振动响应与下沉特性时，具有独特的优势。　　本文以京沪高速铁路桩板式低路堤动力特性为研究对象，分析了西南交通大学DTS-1现场动力试验系统的技术特点，利用DTS-1现场动力试验系统对京沪桩板式低路堤进行了原位动力扫频试验和循环加载试验，研究了桩板式低路堤的瞬时振动特性和长期动力稳定性，结合数值计算方法对比分析其动力响应特性。本文主要研究结果如下: 　　首先，收集国内外资料，对已有原位试验系统的工作能力进行调研，总结了在高速运行条件上现场动力试验相应的技术难题;分析了西南交通大学DTS-1现场动力试验系统的多指标变频变幅调控的宽频梯级加载技术，并结合工程应用情况对其进行稳定性分析。　　其次，针对桩板结构支承无砟轨道低路堤典型路基段，该工点的主要特点是在桩板结构与无砟轨道板之间填筑了一层1.47m厚的粗颗粒土基床，形成桩板结构-粗颗粒夹层-无砟轨道板整体结构系统，利用DTS-1现场动力试验系统对其断面进行原位动力扫频试验和循环加载试验。扫频激振试验发现，在DTS-1现场动力试验系统激振频率由5.0Hz逐渐增大至25.0Hz时，桩板式低路堤加速度、速度、动土压力和动位移等动力响应参数逐渐增大，各动力响应参数与激振频率近似呈指数函数关系，尤其桩板式低路堤面的单位振幅在扫频激振频率内呈逐渐增大的基本规律，在激振频率变化范围内，各加载断面单位振幅均未出现峰值，综合表明该工点桩板式低路堤未产生共振，同时反映该工点桩板式低路堤自振基频高于25Hz;而路基动刚度随激振频率的增加有所下降，达到17Hz以后基本上能保持稳定。　　循环加载试验发现，在20.0Hz的激振频率条件下，在激振0～70万次范围内测点动态响应上下波动较为明显，在循环加载70万次后桩板式低路堤各测点的动态响应基本上保持稳定，在循环加载70万次后桩板式低路堤各典型断面路基面动刚度基本上保持稳定。　　最后，建立了激振器-桩板式低路堤的三维动力数值计算模型，研究了频变扰力作用下桩板式低路堤的动力响应及其分布规律，并与现场扫频试验结果进行了对比。结果表明，随着路堤深度的增加，加速度和动土压力等动力响应参数逐渐衰减，沿路堤纵向呈“倒三角形”的分布规律;在20.0Hz的激振频率作用下，桩板式低路堤动应力传递至基床地面处衰减了约70％;在不同激振频率激励下，数值计算得到的桩板式低路堤振动加速度、竖向振动速度、动位移和动土压力的数值计算值及其分布规律与现场扫频试验结果基本吻合。
作者：	郑键斌
专业：	道路与铁道工程
导师：	苏谦
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文