GTS 2D 16铁道移动荷载分析(动力)

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铁路路基动力测试数据分析实验教学设计

表 1 路基动力测试项目及参数形式
振动位移
峰−峰值 10−3mm
振动速度有效值 mm/s
振动加速度
峰值 m/s2
1.1 外业数据测试携带测试仪器深入铁路工程现场，通过埋设
在路基不同位置处的各类传感器，采集列车通过测试断面时路基的动力响应是外业的主要工作内容。如图 1 所示，为外业所用仪器设备，IMC 动态数据采集系统搭配拾振器、土压力盒、信号放大器和便携式电脑等设备可实现对上述动力响应参数的测试。如图 2 所示，为综合检测车运行通过路基测试断面的照片。列车采用“T+6M+T”的动力分散型编组方式，总长 203 m，车轴数 32，轴重不大于 15 t，车辆固定轴距 2.5 m、定距 17.5 m。列车通过路基测试断面期间的动应力时程序列如图 3 所示，图中 16 组“M 形”波形和 32 个峰值点与列车 16 个转向架和 32 个轮轴相对应。峰值点与轮轴之间对应关系明确，峰值相近但不完全相同，表明测试所得动应力值具有随机变量的特征。
关键词：实验教学；铁路路基；列车荷载；动力测试；Origin 软件中图分类号：U213.1 文献标志码：A DOI: 10.12179/1672-4550.20200283
Experimental Teaching Design of Dynamic Test Data Analysis of Railway Subgrade
第 19 卷第 3 期 2021 年 6 月
·实验教学·
实验科学与技术 Experiment Science and Technology
Vol. 19 No. 3 Jun. 2021
铁路路基动力测试数据分析实验教学设计

08_3D 移动列车荷载时程分析

选择列车荷载施加的节点(即车轮通过点)。根据火车的方向选择开始和结束的节点。列车类型设置为“KTX,20 节车”,输入速度 83.33 米/秒。选择-Z 方向。动力荷载命名为“列车动力荷载”。考虑到列车的车轮左右两边都有 , 对另一个目标对象生成动力荷载函数。点击“显示图形”,查看各个点的动力荷载函数。
5.2 分析设置
*
:分析 >分析工况 >一般类型
• • • •
分析名称为“特征值”。求解类型选择“特征值”。激活所有网格和边界条件。单击[确定]。
5.3 运行分析
*
•
: 分析 > 分析 > 运行运行分析
10 | Chapter 10.3D Moving Train Load Time History
Chapter 10.3D Moving Train Load Time History |
7
Basic Tutorials
Chapter 10. 3D Moving Train Load Time History
• • • • • • ▶表。网格命名。
选择[映射- 区域]表单。选择“自动映射边界”，选择如下图所示每个区域的四边。尺寸输入“5”,属性选择“8：仅显示”。网格组名称输入“路基(2D)”。点击[适用]。以相同的方式,生成区域 B～I 的二维网格。区域 A B C D, E, F G H I 网格命名路面（2D）加固路堤（2D）上层路堤（2D）底层路堤（2D）淤泥(2D) 风化土(2D) 软岩(2D)
跟随例题
三维移动列车荷载案例
第 6 部分
分析结果 (特征值 )
▶结果分析表格
*
:结果 >特征值>特征值分析结果表格

列车移动荷载下高速铁路板式轨道路基动力性态的全比尺物理模型试验

图 1 全比尺板式轨道路基试验平台 Fig. 1 Full-scale test platform of slab track railway
356
岩土工程学报
2014 年
移动荷载作用下的轨道–路基动力学试验研究。为了保证本文试验结果与现场实测结果的可比性，试验模型采用了与现实高速铁路一致的设计规格，轨道结构和路基各结构层的尺寸、类型和填筑质量与在建高速铁路保持一致。 1.1 地基地基土体采用东南沿海广泛分布的钱塘江粉土，最优含水率为 18%，物理特性如表 1 所示。采用分层夯实的方法填筑，通过控制填土的密度以达到填筑要求。填土含水率为 18%，压实的目标密度为 1.80 g/cm3，填土平均值压实系数为 94.2%。
Abstract: The dynamic performances of ballastless high-speed railways under moving train loads, such as vibration behaviors and dynamic soil stresses, are two important issues in the design and maintenance of high-speed railways. Based on an established full-scale physical model for slab tracks, a distributed loading system consisting of eight high-performance hydraulic actuators is developed to simulate the moving train loads with the highest speed of 360 km/h. The tests results such as vibration velocity and dynamic soil stress are offered for a better understanding of dynamic behaviors of slab tracks at various train speeds. The vibration velocity of track structure exhibits an approximately linear tendency with the train speed, while it begins to grow faster until the train speed reaches 180 km/h. The roadbed acts as a nice damping layer for vibration reduction. Although the dynamic soil stress at roadbed surface is much lower in ballastless tracks than that in ballasted tracks, it decreases much slowly with the soil depth in ballastless tracks. Meanwhile, the dynamic amplification coefficient of soil stress is found to be related to both the train speed and the soil depth. An improved empirical formula is then proposed to determine the dynamic soil stress of ballastless high-speed railways. Key words: high-speed railway; full-scale model test; distributed loading system; vibration velocity; dynamic soil stress

GTS产品介绍

岩土有限元分析软件MIDAS/GTSMIDAS Information Technology Co., Ltd.(简称MIDAS IT)正式成立于2000年9月1日。

1989年由韩国浦项集团成立的CAD/CAE研发机构开始开发MIDAS软件以来，MIDAS IT在不断追求完美的企业宗旨下获得了飞速发展。

目前在韩国结构软件市场中，MIDAS Family Program的市场占有率排第一位，在用户最满意的产品中也始终排在第一位。

MIDAS/GTS作为MIDAS IT公司的主打产品之一，主要针对岩土隧道领域的结构分析所需要的功能直接开发的程序，通过了国际ISO9001品质管理认证及韩国隧道工学会等专业机构的认证。

MIDAS/GTS软件特点如下：一、快速直观的三维建模一直以来，三维建模快速直观作为MIDAS系列软件的优点受到用户的好评。

在三维有限元前处理软件MIDAS/FX+的基础上产生的MIDAS/GTS继承了这一特点，使用户能够快速、准确的建立更加直观的三维模型。

下面列举一些GTS中的一些建模特点：1．1中文化的操作界面进入国内市场以来，中文化的操作界面使MIDAS系列软件迅速被用户所熟悉和热爱。

在MIDAS/GTS中，中文化的操作界面（如图1）也同样使用户更加快速的熟悉软件，将其快速地应用到实际工作中。

图1 完全中文化的操作界面岩土与隧道专业有限元软件GTS21．2面向任务的用户界面通过面向任务的用户界面，为用户提供文字性的操作说明，更加便利的进行模型建立。

如图2所示：当用户建立圆弧时，对话框会首先提示用户“输入中心位置”，接下来会提示“输入开始位置”“输入结束位置”，这样通过面向任务的用户界面，引导用户进行圆弧建立。

图2 面向任务的用户界面1．3快速的几何建模方式MIDAS/GTS 几何完全融合了CAD 的建模方式，方便用户快速建立相应的模型。

1．4模拟真实地形的地形生成器（见图3）在GTS 中，能够通过导入三维的地形图，直接生成三维模型，即能够减少建模时间，增加工作效率；又能够准确模拟的地形分布。

列车移动荷载作用下路基动力特性分析

列车移动荷载作用下路基动力特性分析结合我国高速铁路的发展，根据在高速列车对路基结构运行的特点，建立路基结构三维动力有限元计算模型，路基动力模型对其动力特性进行分析，研究了高速行驶条件下路基动力响应加速时程的变化规律，对高速铁路路基设计具有重要的指导意义。

标签：高速铁路路基动力响应加速度时程0 引言为了更好更快的加强城际间运输，铁路列车的提速问题刻不容缓。

加强高速铁路建设成为我们发展的重要问题，这样对高速铁路路基就提出了更高的要求，路基是轨道的基础，关系到列车的安全快速运行的问题。

在列车快速行驶时，对路基系统的动力作用增大，振动加强，就必须对高速铁路进行动态分析。

Maffeis等[1]将列车与轨道分离，建立轨道-路基结构的二维和三维分析模型，对运行在Ledsgaard 线上的X-2000 列车引起的路基振动进行了数值模拟。

Wu S.F.等[2]基于车辆及其悬挂系统的动力平衡得出车辆特征矩阵，并结合有限元方法确定了多轮对车辆作用下轨道-地基的动力响应。

雷晓燕[3]、梁波[4-5]、罗强[6]、苏谦[7-8]、聂志红[9-10]、邱延峻[11]和边学成[12]等学者分别考虑路基动态响应的特点和主要影响因素对上部结构进行适当简化，建立了轨道，路基耦合模型，有利地促进了高速铁路路基的动态响应研究。

我们在此基础上，建立路基结构三维动力有限元计算模型，路基动力模型对其动力特性进行分析，研究了高速行驶条件下路基动力响应加速时程的变化规律。

1 路基土层分布与建模情况在有限元模型分析时，道床、路基及地基各层采用实体单元描述，各层间以共用节点的形式连接。

三维实体结构单元通过8个节点来定义，每个节点有3个沿着x，y，z方向的自由度，具体路基横断面结构形式如下图1所示。

2 路基加速度时程分析从图2分析，路基从下往上各土层加速度时程曲线表现为：加速度时程上下峰值点从下往上路基各土层加速度从0.0015提高到0.0025和-0.0020下降到-0.0033，峰值点的变化达到1.65的倍数，呈现出加速度时程曲线对于越处于路基上层的土体波动越大，波动幅度越强烈，说明列车荷载行驶时越处于路基上层的土体影响越大也越强烈。

总结了一下MIDAS软件

总结了一下MIDAS软件2021-11-2800:05:50|分类：软件|举报|字号订阅Midas系列软件是基于有限元理论的分析和设计软件。

早在1989年，浦项制铁集团就成立了CAD/CAE研发机构，并开始开发Midas系列软件。

信息技术有限公司于2000年9月正式成立。

目前，MIDAS系列软件包括建筑（Gen）、桥梁（民用）、岩土隧道（GTS）、机械（MEC）、地基（SDS）、有限元网格生成（FX+）等多种软件。

midas系列软件发展及功能简介一、midas/gen简介1．发展历程Midas/Gen——建筑结构通用有限元分析与设计软件1989年韩国浦项制铁集团(posco)研发机构开始开发，1996年发布windows版本2000年，我们进入国际市场（中国、美国、加拿大、日本、印度、台湾、中国等）2002年midas/gen完全中文化，并加入2002年新结构规范2021年1月通过建设部评估鉴定2022年11月，它与荷兰和TNODIANA建立了战略联盟，以加强技术领域的合作。

2022年底，在中国，中国建筑工程研究院建筑技术公司、北京研究所、广东研究所、广东研究所等数百家设计、施工、科研院所参与了中国的各种土木工程领域。

上海建工、东北电力学院、东南电网、浙江精工、清华大学、同济大学、东南大学等高校科研机构成为Midas的用户。

对国内外近万个实际大中型工程项目进行了优秀的分析和设计。

2．成功案例：1）上海齐中国际网球中心：中国第一个开放式和封闭式屋顶，上海建筑设计研究院有限公司2)奥运会主体育场（鸟巢）：钢结构优化设计，中国建筑设计研究院3)国家游泳中心（水立方项目）：中建国际设计顾问公司4)北京国际机场扩建：北京建筑设计院5)广东佛山体育馆：广东省建筑设计院6）大连国际贸易中心：大连建筑设计院（超高：348m）7）北京电视台：（北京院-巨型钢框架柱桁架支撑结构体系）8）江苏利港煤仓：东北电力设计院（特殊结构：高50m，直径40m）9）成功应用于2002年韩日世界杯8座体育场馆和5000多个大中型实用项目3。

《铁路桥梁动载试验》课件

使用安全。
建立分析模型
根据试验目的和数据特征，建立相应的分析模型，如频域分析、时域分析等。
撰写试验报告
将整个动载试验的过程、数据、分析和结论整理成详细的试验报告，为后续的工程实践提供参考。
05
CATALOGUE
动载试验的结果分析与应用
结果分析的方法
时域分析
通过分析桥梁在动载作用下的时间历程响应，提取关键参数如振幅、频率、阻尼比等。
安全措施
针对试验中发现的薄弱环节，采取相应的安全措施，降低事故发生的可能性。
07
CATALOGUE
结论与展望
动载试验在铁路桥梁评估中的地位和作用
确保铁路桥梁安全运营
通过动载试验，可以评估铁路桥梁在动态荷载下的性能表现，及时发现潜在的安全隐患，为桥梁的维修和加固提供科学依据。
提高铁路桥梁设计水平
评估某铁路桥梁的承载能力和稳定性，确保其安全运营。
试验方法
采用振动测试、应变监测和加速度计等手段，对桥梁在不同载荷下的动态响应进行测量和分析。
试验过程
在桥梁的不同位置布置传感器，采集数据，并进行实时监测和记
录。
试验结果的分析与解读
数据处理
对采集到的数据进行处理和分析，提取关键的动态响应参数，如振幅、频率和阻尼比等。
结果解读
根据数据处理结果，评估桥梁在不同载荷下的动态性能，判断其安全性和稳定性。
异常情况处理
对于出现异常的数据，进行深入分析，找出可能的原因，并提出相应的处理措施。
基于试验结果的改进建议
优化设计
根据试验结果，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ桥梁的设计进行优化，提高其承载能力和稳定性。
维护建议
根据桥梁的动态性能，提出针对性的维护和检修建议，确保其长期安全运营。

midas GTS在地铁、基坑、隧道工程中的应用

6
1
6
施作Φ159×10大管棚，分部开挖扣拱，下挖至底板后
6
1
zc
7
71 7
1
zc
7
由下而上顺作二衬。沿区间隧道走向，结构上部有多条管线，侧向有一小型隧道。受影响较大的有Φ1000雨水管（距导洞拱顶径向距离为7.8m）、Φ1400上水管（距主洞拱顶径向距离为6.0m）、700×500电信（距主洞拱顶径向距离为 6.8m）、Φ800上水管（距导洞拱顶径向距离为9.7m）、 1800×2300电力隧道（距导洞拱顶径向距离为9.1m），还有一些直径较小的天然气管和上水管。区间隧道与管线及小型隧道的位置关系如左图所示。
二衬弯矩荷载结构法计算模型
二衬水平变形
中隔墙竖向位移
中隔墙水平位移
地层损失法计算模型
地层竖向位移
第一主应力
第三主应力
工程说明：某隧道（马德里30公里处）TBM-EPB技术应用。主要目的是介绍一种基于有限元理论的3D数值计算方法，该方法主要用来预测TBM掘进过程中的影响。
工程说明：阿联酋“迪拜塔”高 818m及地下5层，采用桩筏基础。通过三维有限元分析，计算筏板基础变形及受力、桩基的变形及受力。
典型断面
绝对位移（断面1）
说明：通过读取所选择断面的横向位移，将时程分析得到的结构相对变形（取结构底板处变形为0），采用荷载、位移-结构模型，对各构件进行强度验算。
地震工况有水弯矩
地震工况有水剪力
villas
ODEON excavation High school
Point du jour
Ténao street
工程说明： Oden塔身共计49层，几何
150m

midas gts n 三维移动列车荷载案例

使用映射网格生成二维网格。 * :网格>>生成>>2D。
• 选择[映射-区域]选项卡。 • 选择“自动映射边界”。选择如下图所示每个区域的四边。 • 尺寸输入“5”,属性选择“8：仅二维”。 • 网格组名称输入“路基(2D)”。 • 点击【适用】。
Chapter 10. 3D Moving Train Load Time History | 7
Basic Tutorials
Chapter 10. 3D Moving Train Load Time History
Section 3
定义材料及特性
▶表.土体材料.
3.1 土体和结构材料的定义
对于材料的本构模型,土体选择“摩尔-库仑”，路基选择“弹性”,因为不需要考虑它的非线性。
土体和结构材料定义如下
Basic Tutorials
Chapter 10. 3D Moving Train Load Time History
三维移动列车荷载案例
Section 1
学习目的及概要
▶列车动力荷载
1.1 学习目的列车振动是周期加载现象,这是由于火车车轮间隔性地与铁轨发生震动。振动周期与铁轨间隔及列车速度有关。列车振动的特点受到各种因素的影响,如车辆、轨道、支撑结构、地面、地下结构等。这些因素是交互作用,激发和传播的,是比较复杂的振动现象。
5.1 设置边界条件
* ：网格>>单元>>建立 • 在[其他]选项卡中,选择“地面曲线弹簧”。 • 选择所有网格。 • 选择弹性边界,“地基反力系数”输入“1”。 • 点击“固定底部条件”选择,网格命名为“弹性边界”。 • 单击[确定]。
进行特征值分析 ,将点的条件定义为弹性边界。根据铁路设计标准的地面反应系数计算弹簧边界值。

GTS软件介绍

A荷载结构法（考虑预应力锚杆作用）B二维地层结构法（明挖顺作法）
C三维分析（基坑开挖对地铁车站的影响）D应力-渗流耦合分析（考虑渗流的基坑开挖）
E列车移动荷载分析（地下大铁路运营期间列车引起的振动对邻近隧道结构的影响）
E地基处理（搅拌桩加固，位移云图和孔隙水压力云图）
图6 分析功能
现介绍该软件的一些优点：
图10城市基坑开挖对已建地铁的安全性验算
A效果图（右侧为新建建筑物）B模型
C基坑开挖后变形D支撑轴力图
图11新基坑开挖工程对原结构安全性的影响
3.4考虑地下水对施工的影响
在地下结构开挖分析中，往往水的作用有很大影响，因此在分析中需要考虑应力渗流耦合分析。在GTS可以通过两种方法进行应力渗流耦合分析：A直接耦合法（固结分析），应力分析和渗流分析同时迭代；B间接耦合法，通过渗流计算得到孔隙水压力，将孔隙水压力调入应力分析中进行计算。
在GTS中提供了专用的桩单元，不仅能够模拟摩擦桩，而且可以模拟端承桩（桩单元设置如图6所示）。用户可以分别定义摩擦特性、法向变形特性、桩端承载力特性来模拟桩体。
图7桩单元设置
为了使用户更加方便合理的模拟地下连续墙结构和周围土体的接触作用了，GTS引入了地下连续墙接触特性助手：需要输入简的单的系数，程序会自动根据周围土体的特性定来定义接触的特性。
下面列举一些GTS中的一些建模特点：
1．1中文化的操作界面
进入国内市场以来，中文化的操作界面使MIDAS系列软件迅速被用户所熟悉和热爱。在MIDAS/GTS中，中文化的操作界面（如图1）也同样使用户更加快速的熟悉软件，将其快速地应用到实际工作中。
图1完全中文化的操作界面
1．2面向任务的用户界面
通过面向任务的用户界面，为用户提供文字性的操作说明，更加便利的进行模型建立。如图2所示：当用户建立圆弧时，对话框会首先提示用户“输入中心位置”，接下来会提示“输入开始位置”“输入结束位置”，这样通过面向任务的用户界面，引导用户进行圆弧建立。

高速列车运动荷载作用下地基和隧道的动力响应分析

高速列车作为一种高效的交通工具，在国家交通系统中发挥着重要作用。

然而，其在运动过程中产生的振动荷载对地基和隧道的影响是一个值得关注的问题。

考虑到高速列车运行速度极快，产生的振动荷载可能对铁路沿线的基础设施产生重大影响，因此对高速列车运动荷载作用下地基和隧道的动力响应进行研究具有重要的实际意义。

研究背景与意义VS研究现状与发展研究内容与方法水平荷载模型高速列车的水平荷载相对于垂直荷载较小，但仍然不可忽视。

水平荷载模型需要考虑列车的运行速度、转向架类型和轨道不平顺等因素。

垂直荷载模型高速列车运行时，对轨道产生周期性变化的垂直荷载，根据车速、轨道类型和列车类型等参数，可建立相应的垂直荷载模型。

冲击荷载模型高速列车通过道岔、曲线等轨道突变处时，会产生冲击荷载。

冲击荷载模型需要研究列车通过突变处的速度、突变处的类型和轨道条件等因素。

高速列车荷载模型数值模拟方法有限元法01有限差分法02边界元法03ANSYS有限元分析软件介绍ABAQUSCOMSOL Multiphysics地基模型建立与参数设置模型建立参数设置地基动力响应规律研究030201地基破坏机制与控制措施破坏机制根据监测数据和工程经验，研究地基在高速列车运动荷载作用下的破坏机制。

控制措施提出针对性的控制措施，如地基加固、轨道减震等，以减小高速列车运行对地基的影响。

隧道模型建立与参数设置隧道动力响应规律研究荷载与响应关系长期效应与疲劳损伤振动响应分析隧道结构安全与控制措施安全评价标准分析隧道结构的稳定性，防止因振动引起塌方或其他安全事故。

稳定性分析控制措施地基与隧道的相互作用高速列车通过时，地基和隧道之间会产生相互影响，地基的变形和振动会影响隧道的稳定性，同时隧道的刚度和振动也会影响地基的性能。

要点一要点二相互作用机制研究为了更好地理解这种相互作用，需要开展深入的研究，包括理论分析、数值模拟和现场测试等，以揭示地基与隧道之间的力学传递机制和相互作用规律。

midas-gts-NX操作实例-移动列车荷载时程分析

跟随例题
三维移动列车荷载案例
三维移动列车荷载案例
第 1 部分
学习目的及概要
1.1 学习目的列车振动是周期加载现象,这是由于火车车轮间隔性地与铁轨发生震动。振动周期与铁轨间距及列车速度有关。列车振动受到各种因素的影响,如车辆、轨道、支撑结构、地面、地下结构等。这些因素是交互作用,激发和传播的,是比较复杂的振动现象。
• • • • •
根据上图,目标对象―边 S‖。选择基准线―边 P,Q,R‖。选择匹配方法―投影‖。选择预览按钮检查生成的种子，单击[适用]。以同样的方式分配播种―T‖,―U‖。
•
*
:几何>顶点与曲线>交叉分割
交叉分割后可在线段交叉位置生成节点。
•
选择所有线，点击[确认]。
4.2 生成网格
*
• • • • ▶尺寸控制与分割数量表
:网格>>控制>>尺寸控制
通过尺寸控可以得到高质量且网格数量较少的网格划分结果。参考下表,选择―边线 B1,B2,D1,D2,E1,E2,G1,G2,K1,K2,N1,N2 的路堤。方法选择―分割数量‖。输入―1‖。选择预览按钮检查生成的种子。单击[适用]。请参考下表确定网格种子。
跟随例题
三维移动列车荷载案例
3.2 定义属性
属性体现网格的物理特性，在网格划分时将分配到网格组上。定义岩土和结构属性时,首先定义要使用的材料。定义材料之后，确定结构类型和截面形状(截面刚度)。
▶岩土属性表。
名称软岩类型 3D 材料软岩
风化土淤泥 3D 3D
底层路层路加固路路面基基基 3D 3D 3D 3D
22 0.5 排水
20 0.5 排水

6-铁路移动荷载分析

风化岩
风化岩(3)
风化岩(2)
粉砂
粉砂(4)
粉砂(3)
下部路基
下部路基(5)
下部路基(4)
上部路基
上部路基(6)
上部路基(5)
压密路基
压密路基(7)
压密路基(6)
道床
道床(8)
道床(7)
GTS 基础例题 6- Table 1
各材料的特征值如下。 ID 名称类型
弹性模量 (E) [tonf/m2] 泊松比 (ν)
GTS 基础例题 6- 14
GTS 基础例题 6- 15 12
GTS基础例题6
GTS 基础例题 6- 16
GTS 基础例题 6- 17 13
铁路移动荷载分析
GTS 基础例题 6- 18
14
建立二维几何模型
GTS基础例题6
矩形, 多段线, 线
利用矩形、多段线、线建立几何形状。首先利用矩形功能生成代表地基的矩形。
* MC : 莫尔库伦模型
3
铁路移动荷载分析
ID
4
5
6
7
名称
下部路基上部路基压密路基粉砂
类型
MC
MC
MC
EL
弹性模量 (E) [tonf/m2]
10000 3000 13000 2300000
泊松比 (ν)
0.3
0.35
0.25
0.18
容重 (Y) [tonf/m3]
2
1.9
1.9
2.5
容重 (饱和) [tonf/m3]
32. 位置处输入‘6, -3’后按回车。
33. 确认未勾选生成面和闭合。
34. 工作窗口里点击鼠标右键终止生成多段线。

铁路桥梁的设计荷载PPT课件

特殊船只或排筏的撞击力，地震力，施工临时荷载，列车脱荷载轨荷载，汽车撞击力，长钢轨断轨力
第1页/共15页
荷载的计算
恒载活载附加力特殊荷载
第2页/共15页
恒载
由支座传递来的梁及桥面的重量
梁的重量查有关标准图桥面的重量按均布荷载计算
单线直线包括双侧人行道木枕：38KN/m，预应力混凝土枕：39.2KN/m
土压力墩台上土的侧压力，主动土压力（库仑理论）实体墩台水浮力10kN/m3，（位于透水地基）
第4页/共15页
活载
列车竖向静活载
列车竖向静活载应采用中华人民共和国铁路标准活载（中-活载），计算时截取，下图 “中-活载”制定于1975年，计算桥梁抗倾覆稳定性时采用空车竖向活载10KN/m
第5页/共15页
活载
离心力
桥梁在曲线上，应考虑离心力，离心力水平向外作用于轨定以上2m处
集中活载N：
F v2 (f N) 127R
分布活载q： F v2 ( f q)
127
第6页/共15页
活载
离心力
F—离心力（kN）
N—“中-活载”图式中的集中荷载（kN）
q—“中-活载”图式中的分布荷载（kN/m）
v—设计行车速度（km/h）
第10页/共15页
附加力
风力
风力是水平力，有纵向和横向，其值为受风面积乘风荷载强度W,详见《桥规-1》
列车的受风面积按3m高的长方带计算，作用点子啊轨顶以上2m高出，仅算横行不算纵向
梁及桥面系的受风面积，对于整片结构为侧轮廓面积，对于桁式结构按轮廓面积适当折减
桥墩的纵横向风力分别按两个方向的受风面积计算，验算桥台时时，桥台本身所受风力不予计算

铁路桥梁在高速列车作用下的动力响应分析

X t 2i ]T
X t 2 i = [Yt 2i θ t 2 i ψ t 2 i M vi 为第 i 节车的质量矩阵：
Z t 2 i ϕt 2 i ]T
(2)
M i = [ M cci
M t1t1i
M t 2t 2i ]
(3)
146
工
程
力
学
其中的质量子矩阵为： M cci = diag[ M ci J cθi J cψi M ci J cϕi ]
0 0 0
0 0 0
h h1i k2 i2 h v h1i h2i k2i 2 − bi2k2 i2
0 0 0
h si k2 i2 h h2i si k2 i2
0
⎤ ⎥ ⎥ 0 ⎥ ⎥ v − si k2 i1 ⎥ 0 ⎥ ⎦ 0 0
数； η l 是符号函数，当轮对 l 位于前转向架时，
η l = 1 ，位于后转向架时， η l = −1 。
2 车桥系统动力分析模型
车辆与桥梁的动力相互作用模型是由桥梁模型、车辆模型并考虑一定的轮轨关系组成的系统。其中，车辆模型是由多节不同机车和车辆编组而成的列车，桥梁模型则可考虑多跨桥梁的梁跨、桥墩和基础的影响。 2.1 车辆模型的基本假定每节车辆是由车厢体、转向架、轮对以及二系弹簧-阻尼悬挂装置组成的多自由度振动系统。车辆模型采用如下假定[1,5]：
1 前言
随着世界上正在建造越来越多的高速铁路，列车与桥梁的动力相互作用问题日益受到重视。一方面，高速运行的列车对桥梁产生动力冲击作用，直接影响其工作状态和使用寿命；另一方面，桥梁的振动又对运行车辆的平稳性和安全性产生影响，使
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收稿日期：2003-06-19；修改日期：2003-10-29 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50078001), (50478059)

MIDAS-GTS常见问题释疑

MIDAS/GTS常见问题释疑第一部分：程序安装 (2)1.问：启动程序时提示没有发现保护锁？ (2)2.问：启动程序时提示密钥号错误？ (2)第二部分：前处理 (2)1.问：顶点拟合曲面为何有时不能实现？ (2)2.问：NURSS面与边界面的区别？ (2)3.问：检查重复形状应注意哪些问题？ (3)4.问：几何/合并面线的作用是什么？ (3)5.问：利用‘填充网格’命令将二维单元转变为三维单元时，为什么提示上下面单元数不同？ (3)6.问：为什么在连续点选缩放、平移、分行视图及旋转的时候功能会产生混淆？ (3)7.问：将二衬定义为实体的时候需要注意什么问题？ (3)8.问：“the quadratic 1-dimensional element type is supported”错误命令是什么意思？ (3)9.问：匹配面线命令的作用和用法? (3)10.问：设置桩单元的时候，为什么在检查网格的时候，在桩单元处会出现自由线，这影响结果吗？ (4)11.问：在加‘面压力’时,其对象类型有‘单元,单元-面’ 有什么区别？ (4)12.问：GTS可以导入导出哪些格式，如何导入电子地图，电子地图抓图的精度如何？ (4)13.问：我们建立地表面的栅格面都是等间距的，但实际的勘测点都是随意的不等间距点，那么该如何生成地表面？可否通过3点坐标生成地表面或地层面？ (4)14.问：在水头边界定义时，怎样查看水头边界是总水头还是压力水头？ (4)15.问：在几何线或面上加了荷载，可以将荷载直接转化到节点或单元上吗？ (5)16.问：水头边界有哪些类型？ (5)17.问：在GTS里面可不可以显示结构单元的截面特性？ (5)19.问：在GTS里面可不可以对某些常用的功能设置快捷键？ (5)20.问：在GTS里面可不可以实现对某个单元的显示或隐藏？ (5)21.问：出现如图2所示的提示？ (5)22.问：出现如图3所示的提示？ (5)23.问：出现如图4所示的提示？ (6)24.问：在GTS里都否实现单元、节点信息的输入输出？ (6)25.问：为什么加了梯形荷载之后，窗口中显示的荷载数值是梯形变化的，而图形显示是矩形的？ (6)第三部分分析功能 (6)1.问：K0法与有限元法有什么区别? (6)2.问：计算边坡的时候需要注意的哪些问题？ (6)3.问：荷载释放率如何定义？ (7)4.问：本构模型采用邓肯－张模型为什么不容易收敛？ (7)5.问：为什么没有勾选位移清零，在第一步里面位移值也是零？ (7)6.问：GTS的动力分析，采用什么方法？可以做非线性分析吗？ (7)7.问：GTS的动力分析中，阻尼是怎么考虑的？ (7)8.问：GTS的动力分析中，动力荷载有哪些形式？ (8)9.问：在GTS中，动力边界是如何考虑的？ (8)10.问：在GTS中，质量矩阵采用何种形式？ (8)11.问：在GTS中，如何模拟移动荷载？ (8)12.问：在GTS中，爆破可以模拟吗？荷载是如何确定的？ (8)13.问：在GTS中，可以做场地的反应谱分析吗？有国内的场地规范吗？ (8)14.问：如何取得模型中某个点的加速度、速度、位移的时程图和时程序列？ (8)15.问：地震荷载是否可以仅施加在子结构上,另外在动力分析中是否可以施加位移荷载？ (8)16.问：在施工阶段考虑渗流问题，怎么考虑？ (8)17.问：在边坡稳定计算中怎么考虑渗流作用？ (8)18.问：渗流计算的时候，如何判断非稳定流和稳定流？ (9)19.问：在施工阶段分析中，包含非稳定流计算时，需要注意哪些问题？ (9)20.问：排水和非排水计算，在GTS中如何区别设置？ (9)21.问：在施工阶段渗流分析中出现如图6所示的提示？ (9)第四部分后处理 (9)1.问：GTS里面前后处理之间可以直接切换吗？ (9)2.问：GTS中单元的内力怎么考虑？ (9)3.问：在特性/变形中变形前的线宽可否小于1？ (9)4.问：为什么在定义剖面图时候改变定义平面命令显示不变？ (10)5.问：梁单元的轴力和弯距方向怎么判断？ (10)6.问：梁单元的combined 1-4是什么意思？ (10)7.问：定义多个剖分面或剪切面来参看后处理结果时，为什么不能同时显示已定义的多个剖分面和或剪切面？ (10)8.问：在用剖分面、剪切面查看后处理结果后，怎么退出到基本视图？ (10)9.问：屈服比的定义是什么？屈服比和安全系数有什么关系？ (10)第一部分：程序安装1.问：启动程序时提示没有发现保护锁？答：1.驱动程序没有安装好,请在“控制面板/添加或删除程序”中删除Sentinel Protection Inst aller 7.1.0，重新手动安装Sentinel Protection Installer 7.1.0。

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上部路基加固路基路床
平面平面平面
上部路基加固路基路床
-
•确认“GTS 2D例题16.gtb”文件中地基材质特性和材料特性
철도 이동하중 해석 2
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
文件> 文件>打开
02
1
操作过程
1）在主菜单里选择文件> 打开 2）打开GTS 2D 例题1 6.gtb 3）在主菜单里面选择视图>显示选项 4）在一般表格中指定网格>节点显示>False
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
铁道移动荷载分析
midas GTS 2D 例题 16
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
铁道移动荷载分析
00
概要
※使用盛土模型对铁道移动荷载进行动力分析 ※时间—列车移动荷载表格中显示列车移动荷载的动力分析 ※列车荷载的周边区域的振动影响和地基的垂直沉降分布 ※打开问件“GTS 2D 例题16.gtb”
1
6
2
6
3 1
2
5
同样方法选择上部中间19 个节点和右侧上部的1各节点，分别指定为“中点(18 0km)”和“终点（180km）”
3
철도 이동하중 해석
12
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
11
模型>荷载>时程数据> 模型>荷载>时程数据>节点动力荷载
操作过程
1）在分析工作目录树上选择时辰分析>节点动力荷载对应的21个节点，右击弹出关联菜单 2）其中菜单的到达时间设置为从时间点（到达时间= 0）开始，每增加0.05移动荷载表
철도 이동하중 해석
7
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
07
模型>单元> 模型>单元>建立曲面弹簧
操作过程
1
1）在主菜单中选择【模型】 >单元>建立曲面弹簧 2 2）对象类型中指定“单元线”，单元宽度输入“1” 3）在选择单元线中如图所示选择阮岩层左右两侧 4）勾选“单位面积阻尼常数” 5）Cx中输入“34.32”，C y中输入“16.48” 4 6）点击【适用】
04
操作过程
1)在主菜单里面选择几何 >曲线>交叉分割 2)在选择工具条里点击已显示选择所有的线 3)点击【适用】按钮
1
3
2
注：每个岩土层的边界交叉处必须分割，交叉分割这一选项可以完成所有交叉边界线的相互分割。
철도 이동하중 해석 5
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
05
网格>映射网格>K— 网格>映射网格>K—线面 >K
1
2
3
4
철도 이동하중 해석
11
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
10
模型>荷载>时程数据> 模型>荷载>时程数据>面动力荷载
3
操作过程
1)荷载组中选择“时程（1 80km）” 2)类型中选择“节点” 1 3)如图1所示选择左侧上部 2 的节点 4) 函数/方向中函数名称指定为“开始（180km）”，方向指定为“Y”轴 5）到达时间“0”，系数 4 “-1” 6)点击“适用”
2
3
5）点击【确认】
4
5
철도 이동하중 해석
3
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
模型>特性> 模型>特性>属性
03
1
操作过程
1）在主菜单中选择【模型】 2 >特性>属性 2）确认生成的7个属性
属性在建模开始前生成
철도 이동하중 해석
4
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
几何>曲线> 几何>曲线>交叉分割
철도 이동하중 해석 6
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
06
阻尼计算
P 波
S 波
λ:粘性弹簧系数；G:剪切弹簧系数，E:弹簧系数 V:波速；A:断面面积
属性名称(ID) 属性名称(ID) 软岩风化土粉沙下部路基上部路基加固路基路床 cp(tonf·sec/m3) tonf·sec ·sec/m 185.482 22.831 24.269 52.388 30.537 54.967 797.766 cs(tonf·sec/m3) tonf·sec ·sec/m 102.529 12.620 11.658 28.002 14.670 31.735 498.360
5
7
选择特殊节点，在节点对应的时间上确认变形图表
철도 이동하중 해석
18
5
3
同样的方法生成粘土层，风化岩层，软岩层的弹簧软岩层底部生成弹簧，输入底部的阻尼，Cx中输入C s，Cy中输入Cp。
6
철도 이동하중 해석
8
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
07
确认边界条件
철도 이동하중 해석
9
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
08
模型>荷载>时程数据> 模型>荷载>时程数据>时程荷载组
路床
加固路基上部路基下部路基
粉沙
风化土
软岩
철도 이동하중 해석
1
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
01
材料特性
网格组属性
属性名称(ID) 属性名称(ID) 软岩风化土粉沙下部路基类型平面平面平面平面材料名称 (ID) 软岩风化土粉沙下部路基特性名称 (ID) 网格组名称阮岩层风化土层分沙层下部路基层上部陆基层加固路基路床
操作过程
1）在主菜单中选择【网格】 >映射网格>K—线面 2）在“选择对象线”中按如图所示指定 3）网格尺寸指定为“单元尺寸”，“单元尺寸”中输入“2.5” 4）属性上选择“ID7路床”，网格组中输入“路床” 5）点击“预览”，确认网格尺寸 6）点击“适用”
1 2
3
4
5
6
其余地层使用同样的方法生成网格组
3
4
5 7
8 6
철도 이동하중 해석
14
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
13
分析 > 分析
操作过程
1
1）在主菜单里选择【分析】 >分析 2）勾选“铁道移动荷载分析”工况 3）点击【确定】
2
3
注：分析过程中生成的信息都可以在【输出窗口】中显示出来。生成的警告信息结果可能会不正常，要注意。相关的分析信息将生成Text文件的形式并且选择【文件.out】格式保存
철도 이동하중 해석 15
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
14
时程分析> 结果 > 时程分析> 时程结果
操作过程
1）在结果工作目录树中确认铁道移动荷载分析的结果 2）在主菜单中选择【结果】 >时程分析>时程结果 3）分析组中确认“铁道移动荷载”，结果中确认为 “位移”，勾选“DY”,确认0.7秒时的垂直方向位移等值线确认结果中选择的位移和D XYZ 确认列车机车在进入，进展，通过时的变形。列车的长度为32.7，列车在长度50m的铁道上以180km/h 的速度移动，列车机车进入时时间为0.7秒，机车通过后时间为1.7秒
2
1
对应节点中载入每个荷载进行累计由工作表格输出。列车移动方向被模拟为在节点间隔为2.5m，速度为1 80km/h，列车移动方向被定义为美0.05输出一次
철도 이동하중 해석 13
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
12
分析> 分析>分析工况
1
操作过程
2
1）单选择【】 > 工况 2）【添加】 3）【名称】处输入“铁道移动荷载分析”，【类型】选择“时程分析（线性）” 4）点击“分析控制” 5）频率中输入“10” 6）点击“确定” 7）如图所示，将组数据中的单元和荷载拖放到“激活数据” 8）点击【确定】
2
3
4
철도 이동하중 해석
10
Step
MIDAS IT Co., Ltd.
09
模型>荷载>时程数据> 模型>荷载>时程数据>时程荷载函数
4
操作过程
1）LS-22 标准荷载（铁路设计基础）的荷载单位为“KN”，工作界面右下侧将单位由“KN” 转变为“tonf” 2）点击“添加时程函数” 3）函数名称输入“开始（180 km）”，时程函数数据类型确定为“集中力”，节点中的时间输入“移动荷载参数”（参考时程分析数据.xls文件中的表1.START(180km)） 4)同样的方法输入“中点（18 0km）”“终点（180km）” （参考时程分析数据.xls文件中的表2.MID(180km)和表3END （180km））移动中节点处的时间设置为 “中点(180km)”移动铁道移动荷载和移动终节点处的时间设置为“终点（180km）”荷载
1
操作过程
1)在主菜单中选择【模型】 >荷载>时程数据>时程荷载组，点击【添加】 2)点击“确定” 3)荷载组名称中输入“时程（180km）”，分析方法勾选“直接积分法” 4)结束时间中输入“5”，分析时间步长中输入“0.0 05”，输出时间步长中输入“2” 5)阻尼中勾选“质量和刚度因子法”阻尼类型中勾选“使用振型阻尼计算”，在振型1和振型2中输入周期“1.2851”和“0.7515” 6)阻尼率的模型1，模型2 中都输入“0.05”，点击【确定】