# 列车动荷载对下立交结构的影响分析

2004年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct .，2004

2003年5月7日收到初稿，2003年6月30日收到修改稿。

(同济大学道路与交通工程教育部重点实验室 上海 200092)

EFFECT ANALYSIS OF TRAIN-INDUCED DYNAMIC LOAD ON

OVERHEAD CROSSING STRUCTURE UNDER RAILW A Y

Lei Zhenyu ，Zhou Shunhua ，Xu Kai

(Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of the Ministry of Education ，Tongji University ， Shanghai 200092 China )

Abstract The dynamic response of the system composed of rail wheel ，rail and tunnel under railway is analyzed with elastoplastic finite element method. The influence of the structure under rail with bigger stiffness on variation regularity of vertical dynamic stress in roadbed is studied. The additional dynamic stresses of tunnels with different depths are also discussed. The ideal touch model between tie and bed and the ideal elastoplastic dynamic model of soil are adopted for analysis. The analysis results indicate that the attenuation of additional dynamic stress along depth is reduced with existence of the structure under rail. The deeper the tunnel is ，the lower the whole level of dynamic stresses in roadbed is and the smaller the influence on tunnel is. In addition ，the fatigue failure of concrete due to long-term train-induced dynamic load should be considered in design.

Key words tunnelling engineering ，overhead crossing structure under railway ，rail-wheel force ，dynamic finite element nethod

1 前 言

2 列车动荷载的特征

2.1 列车动荷载的产生

2.2 轮轨力的传递

BL R F P d s a = (1)

)

tan 2)(tan 2(d

h ??σh L h B R ++= (2)

3 车载-下立交的动力体系

3.1 计算原理

}}{]{[}]{[}]{[F K C M δδδ

++&&& (3) 式中：[M ]，[C ]和[K ]分别为体系的质量矩阵，阻尼

&&，}{δ&和}{δ分别为节点加速度，速度和位移；[C ]为阻尼矩阵，采用Rayleigh

][][][K M C βα+= (4) 式中：α

3.2 计算模型的简化

ｄ ｄ

? 3538 ? 岩石力学与工程学报 2004年

4 计算实例

/m 素填土 1 950 21.2 0.40 16.2 16.3 2.00 粉质粘土 1 980 26.92 0.35 16.4 29.7 3.20 混合土 1 930 26 0.30 16.6 31.5

1.50

2 000

400

0.30

55.0

0.35

x

y

3

2 1

025

.0

=

t?；阻尼系数α和β，根据经验取为

02

.0

08

.0=

α，[10]；Newmark积分常数取为γ= 0.25，δ = 0.5。

5 结论

(1) 当轨下有刚度相对较大的构筑物存在时，将会造成路基内的动应力重分布，从而减弱列车动应力往深层传递的衰减，路基内的附加动应力随深度的平均衰减率约0.06%/m，在该类结构的设计施工中应引起足够重视。

? 3540 ? 岩石力学与工程学报 2004年

(2) 隧道埋深越大，上覆土层内附加动应力整体水平越低，隧道埋深为11 m时路基表层动应力σy比埋深为4 m时减小了12%，同时对轨下结构的影响越小；埋深从4 m到11 m，隧道拱顶部动应力峰值从1.55 MPa变为1.1 MPa，衰减了30%。

(3) 对穿越既有线路地下构筑物的设计应采用疲劳破坏的设计思想。

1 铁路规范编写组. 铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-99)[S].

[s. l. ]：[s. n. ]，2000

2 王午生. 铁路线路工程[M]. 上海：上海科学出版社，1999

3 Lysmer J，Kuhlemeyer L. Finite dynamic model for infinite media[J]. J.

of ASCE，1969，95(4)：859～877 4 王杰贤. 动力地基与基础[M]. 北京：科学技术出版社，2001

5 潘昌实，谢正光. 地铁区间隧道列车振动测试与分析[J]. 土木工程

6 潘昌实，Pande G N. 黄土隧道列车动荷载响应有限元初步数值分

7 翟婉明. 车辆轨道垂向系统的统一模型及耦合动力学原理[J]. 铁

8 翟婉明. 车辆-轨道耦合动力学[M]. 北京：中国铁道出版社，1997

9 欧文 D R J，辛顿 E. 塑性力学有限元——理论与运用[M]. 曾国

10 李田. 结构时程动力分析中阻尼取值研究[J]. 土木工程学报，

1997，30(3)：69～73

11 《建筑结构规范大全》编写组. 现行建筑结构规范大全[S]. 北京：

《岩石力学与工程学报》2004年11期EI收录论文(30篇)

No 论文题目作者名页码

1 岩石应变局部化的二维应变梯度塑性解析分析陈刚潘一山 1 785～1 791

2 低渗透饱和岩石加载时体积弹模与孔隙液压的关系刘光廷周飞平 1 792～1 796

3 狭窄煤柱岩爆的突变理论分析潘岳张孝伍 1 797～1 803

4 基于声波测试的矿柱稳定性模糊推理系统及其应用赵奎万林海饶运章等 1 804～1 809

5 岩石疲劳破坏过程中的变形规律及声发射特性蒋宇葛修润任建喜 1 810～1 814

6 考虑水致弱化及应变梯度的断层岩爆分析王学滨宋维源黄梅等 1 815～1 818

7 岩石的细胞元特性及其非均质分布对岩石全曲线性态的影响冯增朝赵阳升段康廉 1 819～1 823

8 节理岩体二维和三维连通特性的对比分析杜景灿陈祖煜周家骢 1 824～1 831

9 裂隙岩体优势结构面产状反演王渭明李先炜 1 832～1 835

10 数值流形方法的网格自动剖分技术及其数值方法张大林栾茂田杨庆等 1 836～1 840

11 基于约束Delaunay三角划分法在节理图上实现网格自动剖分朱冬林向彤葛修润 1 841～1 846

12 响应面方法在整体式隧道衬砌可靠性分析中的应用宋玉香刘勇朱永全 1 847～1 851

13 地下工程围岩稳定性的模糊综合评判法许传华任青文 1 852～1 855

14 用弹性板理论分析采场覆岩中的关键层翟所业张开智 1 856～1 860

15 煤岩多孔介质及其充瓦斯后的电特性研究刘保县徐龙君鲜学福等 1 861～1 866

16 土坡稳定的有限元塑性极限分析上限法研究王均星王汉辉吴雅峰 1 867～1 873

17 侧翼与滑床复合锁固切向层状岩质滑坡动力学机理与稳定性判据程谦恭张倬元黄润秋 1 874～1 882

18 九寨黄龙机场填方高边坡动力稳定性分析徐则民张倬元许强等 1 883～1 890

19 凤滩电厂近坝库区岩质边坡安全系数的极大似然估计金亮星冯伟杰张家生 1 891～1 894

20 人工冻土流变模型的识别与参数反演李强王奎华谢康和 1 895～1 899

21 软基SSI体系的简化地震响应分析方法张之颖吕西林曹文清 1 900～1 905

22 润扬长江大桥北锚特深基坑支护方案安全系数及破坏模式分析陆新征娄鹏宋二祥等 1 906～1 911

23 超载软土地基被动加固控制邻近桩基侧向变形分析杨敏朱碧堂 1 912～1 918

24 高峰型矿震地压灾害与治理对策的研究方建勤颜荣贵邓金灿等 1 919～1 923

25 富水区深埋长隧洞工程中的主要水问题及对策任旭华陈祥荣单治刚 1 924～1 929

26 TBM施工中的质量控制与管理苏华友汪家林 1 930～1 934

27 劲性水泥土连续墙的抗弯刚度研究孔德志张庆贺宋杰 1 935～1 938

28 渗流作用下垃圾填埋场封盖土坡稳定的极限平衡分析王协群邹维列朱瑞赓 1 939～1 943

29 垃圾渗滤液在土体中扩散规律的模拟计算余开彪胡斌张挺 1 944～1 948

30 水泥土的疲劳试验研究简文彬黄春香吴维青等 1 949～1 953