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原文传递重载铁路土工格室加筋路桥过渡段数值模拟及动力响应研究

论文题名：	重载铁路土工格室加筋路桥过渡段数值模拟及动力响应研究
关键词：	重载铁路;路桥过渡段;土工格室;动力响应;差异沉降
摘要：	列车重载化是当今铁路货运发展的趋势，重载列车由于轴重增大，使得路基的变形和动力响应加剧，路桥过渡段由于路基与桥台的刚度差异，加之列车不断的动力作用影响，会产生较大的差异沉降，严重影响行车安全。鉴于此，本文使用土工格室加筋的方式处理重载铁路路桥过渡段，考虑土工格室与填料的相互作用，建立了土工格室加筋过渡段的数值模型，对移动荷载作用下土工格室加筋路桥过渡段动力响应进行研究。本文的主要研究内容和结论如下：　　（1）分析了土工格室加筋理论，总结了土工格室处理路桥过渡段沉降的机理，表明土工格室与土体的界面相互作用不可忽视。鉴于现有的模拟方法多不考虑土工格室与填料的相互作用，本文使用Goodman单元模拟筋土界面，将土工格室考虑为Mindlin板单元的固接，使用库伦摩擦模型和拉断准则约束筋土界面的作用，结合相关模型试验证明了模拟方法的可靠性。　　（2）建立土工格室加筋重载铁路过渡段的数值模型，对加筋前后过渡段的响应进行分析，结果表明在自重荷载作用下土工格室的加筋效果不明显，在动荷载作用下土工格室加筋能有效减小过渡段的动应力、动变形，减小过渡段路肩处的侧向变形，降低过渡段的加速度幅值，有效减小过渡段的差异沉降。与未加筋相比，加筋之后路堤表面的竖向变形降低了28.8%，竖向应力降低了13.9%，路肩处侧向变形降低了66.5%。与竖向加速度相比，加筋降低横向加速度的效果更佳，在轨道下方的基床表面，加筋之后横向加速度最大减小了60.3%。　　（3）为了分析土工格室加筋效果，对比了不同加筋间距、土工格室材料参数、铺设方式等因素的影响，结果表明，过渡段沉降随加筋间距减小而减小，格室高度增加可进一步减小过渡段的沉降差；筋材模量越大过渡段沉降越小，但模量增大十倍之后沉降减小幅度并不显著；筋土界面的摩擦性越强，加筋效果越明显；加筋长度增加对减小过渡段沉降的效果较好，设计时应优先考虑增加上部格室铺设长度。基于以上结论，提出在过渡段中使用上部反包下部锚固、楔形布筋、均布铺设的处治方式，并且建议选用3GPa~5GPa弹性模量的土工格室。　　（4）针对现有土工格室模拟方法不能完全模拟土工格室加筋特性的问题，推导了适用于平面应变条件的土工格室侧向围压增量，结合等效应力法建立了土工格室模拟的修正办法，修正后过渡段竖向沉降降低11%。　　通过对重载铁路过渡段进行研究，土工格室加筋可有效减小过渡段的差异沉降，降低过渡段的动力响应，缓解桥头跳车现象，提高过渡段结构的稳定性。本研究可为处治重载铁路过渡段提供方法和依据，有望用于设计与实践。
作者：	李彦杰
专业：	土木工程
导师：	陈文化
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2023