范文一:无砟轨道结构层对高速铁路列车_桥梁系统动力响应的影响
铁 道 建 筑
,ailway Engineering 2014 8 年第 期 5
: 1003-1995( 2014) 08-0005-03文章编号
—无砟轨道结构层对高速铁路 列车桥梁系
统动力响应的影响
1,2 3 4,,陈令坤左一舟陈 亮
( 1〃 ,2251272; 2〃 ,100044; 3〃 扬州大学 建筑科学与工程学院江苏 扬州 北京交通大学 土木建筑工程学院北京 铁道第三勘察 设计院集团
,300142; 4〃 ,300142)有限公司 广东分公司广东 深圳 铁道第三勘察设计院集团有限公司 线站处天津
: Hertz Kalker ,——摘要基于非线性弹性 接触理论和 蠕滑理论建立了高速铁路列车无砟轨道桥梁精细
,32 m C,TS,MATLAB 化计算模型以高速铁路 跨简支箱梁桥和 ?型板式无砟轨道为研究对象编制了 程
( ) —。序分别计算有无无砟轨道列车桥梁系统的动力响应及列车走行安全指标并作对比分析计算 结果: ,; ,表明对于桥梁的动力响应不考虑无砟轨道时结构变位等动力响应减小对于列车的动力响应不 考虑无
,。砟轨道时多数列车动力响应及走行安全指标有较大增加
: —关键词无砟轨道约束 高速铁路 列车桥梁系统 动力响应
+ :: U211〃 3; U441 〃 3 A DOI: 10〃 3969 / j〃 issn〃 1003-1995〃 2014〃 08〃 02中图分类号文献标识码
。 ,,铁路桥梁中轨道的存在使得桥梁的整体性增强桥梁耦合振动系统动力响应及列车走行安全的影响
,, 为桥梁提供一定的约束并将一部分振动传递给轨道1 ——高速列车无砟轨道桥梁系统分析模型 。 对桥梁的动力反应产生一定的影响
—1. 1 既有关于轨道约束的研究大多集中在列车钢轨 高速列车空间振动分析模型
、、,、,—的纵横向协调上或者仅分析研究列车轨道系统的 将车体构架轮对视为刚体车体与构架构架与
; 竖向振动动力性能或者采取将轨道板的振动归于钢 。轮对之间的连接以线性弹簧阻尼系统模拟车辆模型
、,轨底座以参振质量形式在桥梁建模中体现来研究列 ,6 ,采用整车模型车体和前后构架各具有 个自由度分 —。车桥梁的动力性能随着高速铁路无砟轨道的大量 、、、、,别是纵移横移沉浮侧滚点头和摇头每个轮对具
5 ,、、、, ,,使用为了正确分析铁路桥梁的动力性能有必要对无 有 个自由度分别是纵移横移沉浮侧滚和摇头
—砟轨道结构对列车桥梁系统动力响应的影响进行深 38 。即每辆四轴车有 个自由度
。入的研究 1. 2 无砟轨道及桥梁模型
—,为详细分析高速铁路列车桥梁的动力性能本 C,TS。本文以 ?型板式无砟轨道为研究对象桥
、、、、上板式无砟轨道主要由钢轨扣件轨道板底座弹性 32 m C,TS文以高速铁路 跨简支箱梁桥和 ?型板式无
,38 砟轨道为研究对象将高速列车动车和拖车离散为 ,垫层等部件组成无砟轨道通过水泥乳化沥青 砂浆
,个自由度的具有二系悬挂的多刚体系统无砟轨道结 ( CAM) 。与钢筋混凝土底座相连接钢轨以梁单元模
; 构及桥梁结构离散为有限单元集合分别建立高速铁 ,、,拟轨道板底座以板单元模拟桥梁及桥墩采用空间 ————。、、路列车无砟轨道桥梁和列车钢轨桥梁两个精 梁单元模拟钢轨与轨道板板与底座底座与桥梁之
,MATLAB 细化计算模型基于 计算平台编制高速铁路 。间的连接以弹簧阻尼单元模拟无砟轨道空间振动分 ————1 。列车无砟轨道桥梁和列车钢轨桥梁动力分析 析模型如图 所示
,————软件对列车无砟轨道桥梁和列车钢轨桥梁 1. 3 支座刚度及桩土作用的影响
,—两个模型做计算对比分析了无砟轨道约束对列车 高速铁路桥梁较多采用客运专线用可调高盆式橡
( TGPZ) 。胶支座高速铁路桥梁桩基往往穿越深厚软 ,,弱地基桩土动力相互作用不可忽略本文采用改进 : 2014-01-23; : 2014-05-06收稿日期修回日期 Penzien 。 模型模拟桩土作用: ( 2013M530022 ) ; 基金项目中国博士后科学基金资助住房和城乡建设
( 2013-K5-31)部科学技术计划项目 ,,K,6 对于盆式橡胶支座为支座在 个自由度 T: ( 1974— ) ,,,,。作者简介陈令坤男安徽临涣人讲师博士 ,方向的刚度即
August,2014铁 道 建 筑 6
1. 5 ——高速列车无砟轨道桥梁空间振动方程 ,采用有限元建立桥梁结构的力学模型时将钢轨
,和桥梁以扣件间距为单元长度划分单元并以扣件支
,点为单元节点梁端部的单元长度按实际剩余长度取
。,值在单元内选择合适的位移模式计算每个单元的 ,动能和应变能用动力学势能不变值原理及形成矩阵 “”,。 的对号入座法则建立桥梁 的空间振动分析模型 ,将桥上列车及桥梁视为一个整体系统将轨道不平顺自 激 —,激励源作为外部激励作用在列车桥梁系统就形成 了高1 图 无砟轨道空间振动分析模型 ——。速列车无砟轨道桥梁空间振动分析模型
采用无条件稳定方法可以在满足精度和稳定性条 , , Kx ,件下取较大的积分步长计算量比条件稳定方法大为 , , , , K 0 y。Wilson-减少θ 法是线性问题中高精度的无条件稳定 , , K z——, Wilson-, θ 法进行列车无砟轨道桥 。方法本文采用( 1) ,K, = T, K,xx MATLAB 计算 ,梁耦合振动系统微分方程的求解基于, ,
, , 0 K ——平台编制了高速铁路列车无砟轨道桥梁系统动力 yy, , ,,K 。分析软件, zz ,
: K,K,Kx,y,z ;式中分别为支座沿 方向的平动刚度 2 ——高速列车钢轨桥梁系统分析模型 x y z
K,K,Kx,y,z 。分别为支座绕 方向的转动刚度 xx yy zz 、、根据前述理论建立高速列车桥梁支座及轮轨关 系 支座单元的切线刚度矩阵为,,分析模型考虑线路平顺衔接将轨道结构部分合并
K, K BT T( 2) ,——成附加质量加到桥面之上建立高速列车钢轨桥 梁,KE , = T , , – KK T T——Wilson- θ 法进行列车钢轨桥梁 。计算模型采用1. 4 轮轨关系模型及轨道不平顺模拟 ,MATLAB 耦合振动系统微分方程的求解基于 计算平 ,将轮轨的垂向接触视为赫兹接触问题根据赫兹 ——台编制了高速铁路列车钢轨桥梁系统动力分析 ,接触理论轮轨垂向力可表示为。软件 3 3 , 2 2 P= G ( 3)δ ij 3 ———ij 列 车无 砟 轨 道桥梁模型和列 车钢
: j ; G 式中δ为第 轮对处左右侧轮轨相对压缩量为轮 ij —轨桥梁模型对比计算 。轨接触常数
,Kalker 3. 1 对于轮轨蠕滑力本 文按照 线性理论求 计算参数
12 m、32 m 5 , ,解轨道不平顺采用德国低干扰谱转换的时域样本序 以墩高 跨 度 跨简支箱梁桥为例。列德国低干扰谱转换的时域高低不平顺样本见图 2. 3 m × 6. 0 m ,C35 圆端形实体桥墩墩身为 现浇混凝 2; 3。 德国低干扰谱转换的时域水平不平顺样本见图 ,C50,,8 。土箱梁混凝土 ?类场地选取 度设防采用
ICE3 ,列车活载作为高速铁路运营列车活载列 车编
: 2 × ( + + + + + + + ) ,3 组动 动 拖 动 动 拖 动 动取第
。跨的动力响应代表整座桥梁的动力行为3. 2 计算结果比较
,350 km / h 根据前述理论分别计算 车速下高速列
2 ————图 德国低干扰谱转换的时域高低不平顺样本 车无砟轨道桥梁系统模型和高速列车钢轨桥 ,梁系统模型的动力响应以及列车走行安全指标高速
——M1,— 列车无砟轨道桥梁系统模型简称 高速列车
—M2。12 m 、32 m 钢轨桥梁系统模型简称 墩高跨
350 km / h —车速下车桥系统桥梁响应峰值汇总见表
1,4—6。梁跨中及墩顶位移见图 图 列车响应峰值汇
3 图 德国低干扰谱转换的时域水平不平顺样本 2。总见表
2014 8 : —年第 期 陈令坤等无砟轨道结构层对高速铁路列车桥梁系统动力响应的影响 7
1 12 m 、32 m 、350 km / h —表 墩高跨车速下车桥系统桥梁动力响应峰值汇总
2 / ( m / s) 梁跨中位移 / mm 梁跨中加速度 横/ / 墩顶横向加速度 墩顶横向位移 2 mm ( m / s) 向 竖向 横向 竖向
M1 M2 M1 M2 M1 M2 M1 M2 M1 M2 M1 M2
0. 304 0. 114 0. 708 0. 504 0. 177 0. 113 2. 300 1. 700 0. 285 0. 146 0. 216 0. 120
2 12 m 、32 m 、350 km / h —表 墩高跨车速下车桥系统列车动力响应峰值汇总
2 / kN 横向力 减载率 舒适性指标 脱轨系数 / ( m / s) 车体加速度 横 横向 竖向 向 竖向 M1 M2 M1 M2 M1 M2 M1 M2 M1 M2 M1 M2 M1 M2 0. 525 0. 537 0. 694 0. 496 17. 680 20. 890 0. 594 0. 371 2. 477 2. 464 2. 080 2. 078 0. 321 0. 369 :表现为
1) ,对于桥梁的动力响应不考虑无砟轨道即对于
——,高速列车钢轨桥梁系统模型由于截面刚度增加
;导致结构变位等动力响应减小
2) ,对于列车的动力响应无砟轨道对列车动力响 应
,, 及走行安全有重要影响不考虑无砟轨道的情况下多数 。列车动力响应及走行安全指标有较大增加 4 图 梁跨中横向位移
4 结论
——本文建立了高速铁路列车无砟轨道桥梁和列
——,车钢轨桥梁两个精细化计算模型编制了相应的
,分析软件计算了相应结构的动力响应及列车走行指 ,—标分析了无砟轨道约束对列车桥梁系统动力响应
。的影响
5 图 墩顶横向位移 : ——分析结果表明列车无砟轨道桥梁的计算结 ——,果和列车钢轨桥梁计算模型存在差异无砟轨道
; 的影响不可忽略不考虑无砟轨道时由于线路平顺要
,,求将轨道结构作为附加质量加到桥梁结构桥梁截面
,,。刚度增加变位减小同时列车响应增加
参 考 文 献
,1,,〃 ——,M,〃 : 潘家英高芒芒铁路车线桥系统动力分析北京中6 图 梁跨中竖向位移 ,2008〃国铁道出版社 3. 3 计算结果分析 ,2,〃 —,M,〃 2 〃 : 翟婉明车辆轨道耦合动力学版北京中国铁道 出
,—— 对比图表可以看出对于高速列车无砟轨道,2002〃版社
,3,,,〃 ,,宣言石现峰王澜客运专线土质路基上无砟轨道结构的 振桥梁系统模型由于无砟轨道结构参振层的增加无砟
、, ,J,〃 ,2008( 4) : 74-78〃轨道总体刚度矩阵质量矩阵以及阻尼矩阵发生变化动特性仿真研究铁道建筑
——,4,,,〃 进而影响列车无砟轨道桥梁耦合空间振动系统的 罗学海朱葳谢逢萱铁路实体桥墩动力分析的简化方法
,J,〃 ,1982,2( 3) : 87-95〃地震工程与工程振动 、,刚度矩阵质量矩阵以及阻尼矩阵从而影响系统的动 ,5,,〃 ,J,〃 蔡成标徐鹏高速铁路框架型板式轨道动力学分析振 动; —,力响应对于高速列车桥梁系统模型由于线路平顺 ,2011,24( 2) : 164-169〃工程学报
,,要求将轨道结构作为附加质量加到桥梁结构桥梁截 ( )责任审编 孟庆伶 ,,。面刚度增加变位减小同时列车走行指标增加具体
范文二:新建路面结构层的计算
新建路面结构层的计算
第9.4.1条 土基回弹模量应在不利季节用标准承载板实测确定。受条件限
制时,可在土质与水文情况相似的邻近路段上测定,亦可现场取土样在室内测定。 第9.4.2条 路面结构材料的抗压回弹模量E、弯拉强度fm、弯拉模量E
m、粘结力c和内摩阻角φ均应通过试验确定。
第9.4.3条 计算路面结构受荷载产生的回弹弯沉值与弯拉、剪切应力应采
用以下公式及诺模图计算。
一、路表回弹弯沉值的计算
计算点A取在双轮间隙中心,距荷载面中心垂直轴线与上层表面交点1.5r处,见图9.4.3-1。
ls=2ptrαn1n2φ1/E1 (9.4.3-1)
式中ls——三层体系表面计算点A处的弯沉值(cm);
pt——标准轴载的轮胎压强(MPa),pt=0.7MPa;
r——标准轴载的单轮轮迹当量圆半径(cm),r=10.65cm;
E1——三层体系上层材料的回弹模量(MPa);
α、n1、n2——系数,由图9.4.3-3查得;
φ1——路表回弹弯沉综合修正系数,用式(9.4.3-2)计算。
φ1=1.47([l]En/(2ptr))0.38 (9.4.3-2)
[l]——路表容许回弹弯沉值(cm);
En——土基回弹模量(MPa)。
二、上层和中层底面弯拉应力的计算
1.上层底面弯拉应力
计算点B取在双圆荷载的任一荷载面中心垂直轴线与上层底面相交处,见图
9.4.3-1。
(1)路面面层为三层体系的上层时,用下式计算。
σa=ptβaδ1δ2 (9.4.3-3)
式中βa、δ1、δ2——系数,由图9.4.3-4查得。
(2)路面基层换算为三层体系的上层时,用下式计算。
σr=ptβrη1η2 (9.4.3-4)
式中βr、η1、η2——系数,由图9.4.3-5查得。
2.中层底面弯拉应力
计算点C取在双轮间隙中心垂直轴线与中层底面相交处,见图9.4.3-1。
σr=ptβrΨ1Ψ2 (9.4.3-5)
式中βr、Ψ1、Ψ2——系数,由图9.4.3-6查得。
三、上层破裂面上剪应力的计算
计算点D取在行车前进方向的车轮中心后0.9r处,见图9.4.3-2。
τa(f)=ptλτ(f)cosφ (9.4.3-6)
式中τa(f)——水平力系数为f时,上层破裂面上的实际剪应力(MPa);
λτ(f)——水平力系数为f时的计算点最大剪应力系数,按式(9.2.5
-8)计算。
第9.4.4条 多层体系路面结构可用计算机计算。用诺谟图时,应先用当量厚度法,按下列公式把多层体系换算为三层体系,再确定层间接触条件,然后进行计算。
一、计算路表弯沉值和路面剪应力时,h1、E1、E2、En不变,把第二层及其以下各层按式(9.4.4-1)换算成模量为E2,当量层厚度为H而构成三层体系,见图9.4.4-1。
二、计算第n-1层以外的任一结构层底面弯拉应力时,保持计算层X层和相邻下层X+1层的模量EX、EX+1与En不变,用式(9.4.4-2)把计算层X层以上各层换算为模量值为EX的上层,当量层厚度为h;把计算层以下各层用式(9.4.4-3)换算成模量为EX+1的中层,当量层厚度为H,见图9.4.4-2。
三、计算第n-1层底面弯拉应力时,保持En、En-1、En-2及hn-1不变,用式(9.4.4-4)把n-2层与以上各层换算成模量为En-2的当量层,厚度为h,n-1层的厚度hn-1=H,见图9.4.4-3。
四、取用何种模量值与层间接触条件的规定如下:
1.计算弯沉与剪切时,各层材料应采用抗压回弹模量,并采用连续体系。
2.计算弯拉应力时,计算层与计算层以上的整体型各层材料应采用弯拉回弹模量,非整体型各层材料采用抗压回弹模量;计算层以下各层材料均用抗压回弹模量;并分别采用以下规定的层间接触条件:计算沥青面层底面弯拉应力时,用上、中层间滑动,中、下层间连续体系;计算整体型基层底面弯拉应力时,不论换算后它是处于新的上层还是新的中层,均用三层连续体系。
第9.4.5条 对半刚性基层,设计时采用设计年限内设计车道上标准轴载累计数及材料设计龄期的参数计算;验算时采用竣工后第一年末设计车道上的标准轴载累计数及材料验算龄期的参数计算。
半刚性基层材料的设计龄期及验算龄期见表9.4.5。
范文三:浅谈佛甲草屋顶绿化的结构层
浅谈佛甲草屋顶绿化的结构层
佛甲草屋面绿化系统的结构组成
1.植被层-----经多年引种选育,培养了多种适合屋顶恶劣环境和本地气候特点的屋面轻质绿化专用植物群.它们的共同特点是富有极强的生命力,耐干旱,耐炎热和抗风抗寒能力强,且能露天安全越冬。
2.基质层-----自主研发的复合型屋面绿化专用基质,具有轻质,保水,透气,无病虫,养分丰富的特点。基质空隙率高,能加快水分渗透速度,有效减轻屋面荷载。
3.过虑层-----采用既能透水又能过虑的玻纤布或生物垫等材料,在起到过虑和保水功能的同时,还可以防止各层材料之间产生粘连现象,从而有效保护屋面。
4.蓄排水层-----采用屋面绿化专用蓄排水板(HDPE),结合屋面现有排水系统,能迅速排除屋面雨水.与传统的陶粒或软石排水相比,不但排水层厚度变薄,重量也减小了,而且大大减轻了屋面荷载。
5.保护层-----根据原有屋面结构、防水层做法和面层材料等实际情况,我们在屋面层和绿化层之间选择设计一保护层,起隔根,分离,保护等作用。
6.防水层-----采用高技术含量的环保型PVC防水材料,通过精心施工,在实现屋面绿化的同时,一次性彻底解决屋面渗漏问题.该材料同时还具有耐腐蚀,耐霉烂,防根穿刺,抗老化的功能。
四、佛甲草屋面绿化施工的关键技术与工序
1)调查建筑承重和实地考察:建筑结构工程师现场核实,由业主提供的专业设计员院出具的建筑屋面承重证明和屋面结构图,要求屋面静荷载每平方米不低于70公斤。这一点是整个项目的基础,是设计和施工的依据,关系到建筑安全问题。
2)防渗漏测试:进行48小时封闭水测试,排水坡度较大屋面对水不能淹没区要进行不间断淋水试验。如没有渗漏发生双方签字确认后,即可进行下面工序。若出现漏水现象,要视情况进行修补或重做防水层,再进行闭水测试,确认没有问题。
3)根据业主认可的设计方案进行放样和基层施工,包括:清扫屋面、蓄排水层铺设、简单养护通道设置等。需要特别注意的问题水的流向和排水口的通畅,无纺过滤布的搭接。
4)专用轻型栽培基质运送和铺设:根据屋面和周边实际情况决定采用何种安全、快捷、高效的栽培基质运送方式。如采用垂直升降机械,应安装在承重梁和拄的位置,注意在屋面设置胶木垫,防止机械设备压伤屋面,压坏防水层。栽培基质内的骨料不能少于30%,铺设时要注意厚度的基本一致,这关系到以后草坪的高度和色泽的一致性,直接影响观赏效果。
5)种植或铺植佛甲草种苗或苗块,将佛甲草、黄花万年草、卧茎佛甲草、白边佛甲草混种在魔盘里或无纺布等载体上培养成为苗块,铺植时,省工快捷,可达到瞬间成坪成景的效果。按一定密度整齐种植种苗,也能很快成景,但种植比较费工。采用种段撒播的方法建植,速度很快,但是成坪成景慢。
6)日常养护:由于经过选优的佛甲草具有耐阴、耐寒、耐旱、耐瘠、易养护,夏季能抗60度高温,冬季零下10度能存活,平时只需自然雨水,无需浇水便能存活等特点,建成后的佛甲草屋面绿化日常维护相对简便,定期的工作主要是检查排水孔、修补人为或鸟类损坏草坪、清除个别外来杂树小苗等。
西安,屋顶绿化,屋顶花园
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范文四:建筑层与结构层的区别
建筑层与结构层的区别
来源:考试吧(Exam8.com) 2008-11-19 【考试吧:中国教育培训第一门户】 模拟考场
建筑设计需要建筑师与结构师的协同工作,但在“层的”定义上,建筑与结构恰好差了一层。建筑所指的“某”层,实际是结构计算模型的“某减一”层。例如:一座45层的楼房,建筑从第37层起收缩平面形成塔楼,此时,结构分析时其结构转换层是第36层而不是第37层(关于这一点要引起结构师的注意,搞错的情况并不少见)。
建筑设计的某层平面图,是从该层窗户位置向俯视的水平剖面图。例如:建筑学专业有首层建筑平面布置图,而结构专业通常为基础结构平面布置图(亦为俯视图),且结构意义上属于第一层的梁(与第一层的柱刚接形成第一层框架且承受二层平面荷载的梁)在基础平面(俯视)图上是看不到的,实际设计时也不在该图上表达。 搞建筑设计,建筑学专业是“龙头”,结构师有必要在“层的”定义上与建筑师保持一致,以使建筑师与结构师对话方便。
因此,某层结构平面布置图应当与该层的建筑平面布置图相一致。在层的定义上与建筑学专业保持一致后,结构所说的某层梁,就是指承受该层平面荷载的梁(站在该层上,这些梁普遍在“脚下”而非在“头顶之上”)。 为将结构平面的“参照系”确定下来,03G101-1对“结构层楼面标高”做出了明确规定(详见第1.0.8条),并对“梁顶面标高高差”也做出明确规定(详见第3.2.5条三款和第4.2.3条六款)。 以上规定已经受了全国十几万项工程实践的检验,结构设计与施工未发生普遍性问题,但对施工预算员则提出了更高的技术要求。任何一种技术都不是完美的(哲学意义上的美都是带有缺陷的美),这也许正是“平法”的缺陷之一。
范文五:建筑层与结构层的区别
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建筑设计需要建筑师与结构师的协同工作,但在“层的”定义上,建筑与结构恰好差了一层。建筑所指的“某”层,实际是结构计算模型的“某减一”层。例如:一座45层的楼房,建筑从第37层起收缩平面形成塔楼,此时,结构分析时其结构转换层是第36层而不是第37层(关于这一点要引起结构师的注意,搞错的情况并不少见)。 建筑设计的某层平面图,是从该层窗户位置向俯视的水平剖面图。例如:建筑学专业有首层建筑平面布置图,而结构专业通常为基础结构平面布置图(亦为俯视图),且结构意义上属于第一层的梁(与第一层的柱刚接形成第一层框架且承受二层平面荷载的梁)在基础平面(俯视)图上是看不到的,实际设计时也不在该图上表达。 搞建筑设计,建筑学专业是“龙头”,结构师有必要在“层的”定义上与建筑师保持一致,以使建筑师与结构师对话方便。 因此,某层结构平面布置图应当与该层的建筑平面布置图相一致。在层的定义上与建筑学专业保持一致后,结构所说的某层梁,就是指承受该层平面荷载的梁(站在该层上,这些梁普遍在“脚下”而非在“头顶之上”)。 为将结构平面的“参照系”确定下来,03G101-1对“结构层楼面标高”做出了明确规定(详见第1.0.8条),并对“梁顶面标高高差”也做出明确规定(详见第3.2.5条三款和第4.2.3条六款)。 以上规定已经受了全国十几万项工程实践的检验,结构设计与施工未发生普遍性问题,但对施工预算员则提出了更高的技术要求。任何一种技术都不是完美的(哲学意义上的美都是带有缺陷的美),这也许正是“平法”的缺陷之一。
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