气动荷载作用下高速铁路隧道内轨旁疏散灯安全性研究

简介

列车高速通过隧道过程中形成的压力波不可避免地对隧道内轨旁附属设施造成气动冲击,影响其使用寿命。以高速铁路隧道内广泛分布的疏散灯为研究对象,采用隧道空气动力学的分析方法,利用Fluent软件进行仿真分析,确定高速铁路隧道内压力波的荷载作用特征。基于Abaqus商业计算平台,建立隧道地层−衬砌结构−锚栓−疏散灯的结构动力学仿真模型,研究气动荷载和地层荷载联合作用下隧道衬砌、锚栓和疏散灯灯具的动力响应。通过不同锚栓规格对衬砌力学分布特征的影响规律分析,探讨高速铁路隧道内轨旁疏散灯具的潜在破坏模式。研究结果表明气动-地层荷载联合作用下,相对于疏散灯灯具以及锚栓本身,衬砌混凝土首先达到其疲劳破坏阈值,而此时疏散灯灯具及锚栓应力还远未达到其控制值,气动荷载作用下隧道内轨旁疏散灯失效更可能是锚栓安装基座的衬砌混凝土破坏而导致。锚栓安装基座衬砌混凝土拉应力分布特征呈现表层锥体分布特征,表明气动荷载作用下疏散灯安装锚栓可能存在剪撬破坏。在气动荷载一定的情况下,衬砌混凝土的应力峰值与锚栓规格呈现显著的负相关关系,增大锚栓规格是提高轨旁疏散灯结构安全性的有效措施。