浅述路桥过渡段路基速度动力特性试验
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摘要：本文通过对武广高速铁路的研究，探讨了行车速度对路桥路过渡段路基动应力的影响。
关键词：路桥过渡段；路基；动应力
中图分类号：F530.31 文章标识码：A文章编号：
1模型的建立
所取工点为填方路桥过渡段，路基填高3.5m，过渡段按正三角形布置。计算时，整个计算长度为46.2m。考虑到高速铁路双线结构的对称性，这里只取过渡段路基结构的一半进行计算，对称面加水平固定约束，其它面加人工边界约束。
2过渡段结构对动力响应影响因素分析
2.1过渡段长度对过渡段路基动力特性的影响
过渡段设置是为了使过渡段高刚度结构与低刚度结构间整体刚度逐渐变化，将台阶式跳跃沉降变为连续的斜坡式沉降甚至是零沉降，从而达到降低列车与线路的振动，减缓线路结构的变形，保证列车安全、舒适、高效运行的目的。影响过渡段合理长度的因素主要有:行车速度、线路结构、车辆性能、评价指标、台背填土高度、工后沉降允许值、线路维护周期等。因此，确定过渡段合理长度的基本原则，应考虑在确保列车按规定速度安全平稳和不间断地运行条件下做到技术上可行和经济上合理，也就是应做到因减少工后沉降所增加的投资与因工后沉降而需增加的养护维修费之和最小。然而，在具体实施中，过渡段应该有多长、过渡段轨道刚度如何匹配等问题，国内外都没有一个明确的理论依据，而且实施效果大多数不理想。
2.2过渡段轨面弯折的影响
轨面弯折变形对过渡段动力学特性的影响非常显著，各项动力学指标随着轨面弯折角的增大，基本呈线性规律增加；在轨面平顺、行车速度达到了350km/h的条件下，各项动力学指标的数值都维持在一个较低的水平，远远低于设计控制值。随着轨面弯折变形的出现和增大，各项动力学特性指标急剧恶化；轨面弯折角越大，各动响应幅值沿轨道走向的变化幅度越大，引起的动响应不平顺越明显。过渡段弯折角对轨上车体的动力学行为影响相比轨下性能影响更大。由于车体加速度、轮重减载率等动力学性能变化是由轨道不平顺引起的，在过渡段长度确定以后，只要限定折角大小就可以保证车体动力学性能。理论上，列车以350km/h高速通过时，将轨面变形的弯折角控制在1.5‰一2.5‰以内，就能保证高速列车的正常运行。
2.3过渡段差异沉降对路基动力影响分析
随着差异沉降的增大，车辆轨道动态响应依次增大。当差异沉降h=5mm时，大部分动力学特性评价指标小于允许值，也有些指标是接近动力学特性控制指标的允许值的，所相应的动参数沿轨道走向的变化曲线相比，发现过渡段差异沉降使得动参数沿轨道走向的变化曲线凹凸程度更为明显，这样就会导致列车运行过程中颠簸程度更为严重，这也说明基础沉降差异对过渡段动参数的影响和在过渡段设计中必须予以考虑的的。
2.4过渡段刚度对路基动力影响分析
过渡段的两端由于结构物的结构形式和材料均存在差异，造成了两者的刚度必然存在一定的差异，而刚度差异会使列车通行时轨面出现不同程度的弯折变形。随着过渡段刚度的增加，无论过渡段刚度比为多少，轮重减载率远小于0.8、舒适度指标小于1，而稳定性指标除了在刚度为l:9时，稍微大于2.5，其它均小于2.5。这说明过渡段与普通路基的刚度比对车辆运行的安全性和平稳性影响并不是很大。动加速度随着刚度比的增大而增大，基床表层动应力、基床表层动位移、路基表面动应力的最大幅值随刚度变化并不是很大，但在路基纵向变化幅值有所不同，尤其在过渡段部分，刚度越大，基床表层动位移越小，而基床表层动应力和路基表面动应力越人，然而，这些参数的变化幅度并不大。垂向轮载力、轮轨减载率和车体加速度都随刚度比的增大而增大，且当刚度比大于1:6时，这些参数增加得更为明显，然而都未超过规范值。随着桥、路结构物刚度差异的增大，等效轮载力有不同程度的增加，但增长趋势很平缓，即使是刚度比达到l:6的状况下，其车体竖向加速度幅值也仅0.45m/s2，这说明过渡段两端结构物的刚度差异对列车通行过渡段的影响不是很显著，不是控制过渡段的主要因素。
3过渡段路基中动应力研究
3.1行车速度对路基动应力的影响
l)动应力
高速列车通过钢轨时，轨道路基系统的振动响应与列车的运行速度有一定的关系，路桥过渡段桥台台尾处，距桥台台尾1.97m、1227m、18.27m、24.27m、和32.27m处横断面的基床表层表面动土压力幅值随列车速度影响变化。在桥台处，动应力随列车速度增加而增加:在过渡段及普通路基处，动应力随列车行驶速度变化曲线近似直线，说明列车行驶速度对动应力影响并不是很大，只有在距离桥台12.27m时，动应力较大;同时，还可以看出260km/h是一个临界速度，当列车以此速度行驶时，路基动应力最小。在基床表层底面处，动应力在列车速度为330km/h时达到最大值，但增长幅度较小，这也说明随着路基深度的增加，列车行驶速度对动应力影响减小。
2)动加速度
在基床表层处，动加速度随列车速度增长而增长，且在距离桥台25m处最为明显。
3)振动速度
从整体趋势而言，各测点的振动速度幅值都是随着车速的提高而增大，除了在距离桥台lm处增长幅度较明显，其他位置振动速度随行车速度增长的趋势均不明显。
4)动位移
列车速度对动位移幅值的影响表现为远离桥台的位置影响大于接近桥台位置。在距离桥台25m以内的过渡段区域，动位移幅值随行车速度变化的趋势均不是很明显。
3.2动响应幅值沿路基深度方向分布特征
l)动应力
为研究武厂高速铁路路基的动应力沿路基深度的衰减状况，已使轨道路基的设计提供依据，特在路桥过渡段DK1252十855.0断面沿路基深度方向布置了测试元件，测试动应力的衰减状况。随着路基深度的增加，动应力出现急剧的衰减，从基床表面到基床底面，其平均值衰减27.41%，从基床表层到基床表层下3.0m，路基动应力平均值衰减幅度达到82.30%。
2)动加速度
在路基的动态响应中，基床加速度往往最为敏感。动加速度在深度为0.7m处衰减百分数为65.97%，在深度为1.7m处衰减百分数为85.97%，远大于动应力在各层的衰减百分数，由此可见，基床加速度更能灵敏地反映基床的振动情况。通过加速度的测试资料和仿真计算结果的对比，可以研究路基中加速度峰值的变化范围以及与车速、断面设计参数之间的关系，进而轨而的平顺性。
3)振动速度
路桥过渡段振动速度幅值随着路基深度的增加均出现不同程度的衰减。随着路基深度的增加，振动速度从基床表面到基床底面衰减百分数为38.9%。从基床表层到基床表层下1.7m，路基振动速度平均值衰减幅度达到57.15%。
4)动位移
路桥过渡段动位移幅值随着路基深度的增加均出现不同程度的衰减。随着路基深度的增加，动位移从基床表面到基床底面衰减百分数为38.46%，从基床表层到基床表层下1.7m，路基动位移平均值衰减幅度达到76.92%。
4结束语
行车速度对各个层面加速度幅值的影响明显呈现“上大下小”的趋势，行车速度对轨道板加速度、振动速度的影响较为明显，而对路基面及以下部分的加速度、振动速度则影响甚微。这说明在轨道状态较好的状况下，列车速度对系统动力响应影响主要在轨道路基结构上部，对基床表层以下影响不大。因此高速铁路轨道路基中，基床表层以上结构是设计重点。
参考文献：
[1]蔡成标,翟婉明,赵铁军,等.列车通过路桥过渡段时的动力作用研究[J].交通运输工程学报,2001,1(1)
[2]李献民.高速铁路加筋过渡段静动力特性数值分析及试验研究[D].长沙:中南大学,2004.