简支梁桥上有轨电车嵌入式轨道纵向力分析

研究目的:因桥上无缝线路梁轨相互作用较为复杂,桥梁和轨道结构的受力与变形特性成为国内外学者的热点研究问题。为研究温度荷载、列车荷载和制动荷载作用下轨道结构的受力与变形规律及影响因素,根据嵌入式轨道的特点,本文通过建立嵌入式轨道桥上无缝线路有限元模型,计算伸缩力、挠曲力和制动力三种工况下轨道结构的受力与变形情况,并分析梁体温差、高分子材料纵向阻力和墩台纵向刚度对伸缩力的影响。研究结论:(1)嵌入式轨道的线路纵向阻力和垂向刚度均为线性变化,且轨板相对位移限值为6.2 mm;(2)轨道结构的受力和变形均随着梁体温差的增加而线性增加,允许梁体温差为38℃;随着线路纵向阻力的增加,钢轨纵向位移和伸缩力逐渐增大,而轨板相对位移则逐渐减小;桥梁墩台纵向刚度对轨道结构的受力和变形影响较小;(3)在挠曲力和制动力工况下,轨板相对位移和钢轨附加力均较小,故在设计时应重点关注伸缩力工况;(4)当梁体温差和轨温变化幅度为30℃时,钢轨强度和轨板相对位移均满足要求,因此在32 m简支梁上铺设有轨电车嵌入式轨道无缝线路是可行的;(5)本研究成果对桥上有轨电车嵌入式轨道设计具有参考价值。     

大秦重载铁路轨道强化技术方案的探讨

我国现有重载铁路轨道结构体系的安全储备不足,重载线路各种伤损和破坏现象严重,本文分析研究了重载铁路轨道强化技术,并在大秦铁路安装了轨撑、加强型弹条和横向阻力器等加强设备,各种加强措施经过了设计、结构分析、室内疲劳试验、现场铺设、动态测试试验、现场长期观测和效果评估等验证程序。研究结果表明:在小半径曲线、长大下坡道地段和特殊伤损地段上采取轨道加强措施后,轨道强化效果显著,起到了保持轨道结构线形的作用,间接减小了小半径曲线上钢轨磨耗,延长了小半径曲线钢轨使用寿命,减少了养护维修工作量。     

基于实测数据的曲线轨道处钢轨横截面载荷研究

铁路具有运量大、运输密度高、车辆轴重大等特点,其对轨道结构的冲击作用力相当大,容易导致钢轨磨损以及轨道部件破损,降低行车安全性。曲线轨道作为线路的重要组成部分,具有转向角和外轨超高的特点,因此列车通过时,轨道的受力状况会发生变化,导致车辆晃动、轨道磨耗加剧。为研究小半径曲线处钢轨的受力状况(包括垂向力和横向水平力),奥地利联邦铁路公司下属基础设施股份公司(?BB-Infrastruktur AG)开展了一项课题研究。研究目的是基于实测数据创建小半径曲线上钢轨横截面的垂向力和横向水平力载荷谱,并基于所创建的载荷谱估算小半径曲线中钢轨的寿命。     

简支梁桥上嵌入式轨道钢轨伸缩变形和受力算法研究

为研究简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路钢轨伸缩变形和受力的分布规律,基于梁轨相互作用推导其伸缩变形和受力的解析算法,求解钢轨纵向位移、梁轨相对位移及钢轨伸缩力,分析梁体温度变化、纵向刚度比、桥墩纵向刚度以及桥梁跨数对嵌入式轨道结构伸缩变形和受力的影响。研究结果表明:解析算法求解结果与有限元分析结果吻合良好;梁体温度变化对嵌入式轨道结构的变形和受力影响显著,而纵向刚度比、桥墩纵向刚度和桥梁跨数的影响较小;梁轨相对位移极值可作为简支梁上嵌入式轨道无缝线路的设计限值指标。     

重载道岔轨底坡设置研究

轨底坡作为道岔的主要参数,直接影响钢轨使用寿命,结合30 t轴重重载道岔研究需要,对轨底坡进行系统研究。针对重载线路道岔鱼鳞纹、掉块、肥边等病害,运用车辆轨道耦合动力学理论,对25 t轴重货车通过不同轨底坡道岔时的动力响应进行分析。结果表明:轨底坡增加,横向轮轨力、接触应力和安全指标,导曲线上股钢轨磨耗功都有不同程度的降低,长期观测结果显示,采用1∶20轨道坡的试验道岔,导曲线钢轨光带居中,未见伤损。     

35～40 t轴重重载铁路有砟轨道结构方案及试验研究

基于国外重载铁路现状,并结合前期研究成果,提出了35～40 t轴重重载铁路有砟轨道结构方案。在高速铁路轨道技术国家重点实验室铺设了有砟轨道实尺模型,通过轨道结构刚度试验、荷载垂向传递试验获得了35～40 t轴重有砟轨道的轨道刚度、枕上支点压力、枕下0.55 m和0.95 m位置基床压应力;通过钢轨倾翻试验得知轨道结构在垂向荷载400 kN、横向荷载165 kN同时作用下,重载扣件安全可靠,轨道结构稳定,验证了该轨道结构具有良好的防钢轨倾翻性能;通过轨枕荷载弯矩试验验证了重载轨枕在垂向荷载单独作用、垂向和横向荷载耦合作用等不同的荷载组合工况下,轨下截面弯矩以及枕中截面弯矩均有一定的安全余量,轨枕强度能够满足35～40 t轴重铁路的承载要求。     

弹性支撑块式无砟轨道力学特性研究

研究目的:由于隧道内净空的限制,重载铁路长大隧道内宜铺设无砟轨道,弹性支撑块式无砟轨道(LVT)以其良好的减振性能逐渐在重载铁路中得到应用。为研究不同轴重和加载方式下LVT结构的应力应变特性,本文以蒙华铁路重载铁路隧道应用的LVT为例,通过建立LVT结构有限元模型,以探讨LVT结构的受力与变形特征,为LVT轨道结构的优化以及设计施工提供理论依据。研究结论:(1) LVT结构能够保证30 t轴重下静力学性能安全性,当轴重由30 t提高至42 t,钢轨弯矩、轨道结构部件应力及位移幅值增长量在40%左右;横向荷载对轨道结构横向位移及应力的影响显著,板端加载时道床板及底座板应力增量分别为284%、1 000%;(2)横向荷载作用下,除支承块横向应力下降,钢轨弯矩、支承块纵向应力、道床板应力、底座板应力均呈现增长趋势,其中道床板及底座板应力分别增长400%、530%;(3)板端加载时荷载由相邻扣件共同承担,扣件节点反力峰值有所下降,荷载作用点下竖向荷载分配比例由2∶1降低至4∶1,横向荷载分配比例由67%降低至47%;(4)本研究结果对重载铁路中LVT轨道结构的设计和施工有指导意义。     

重载铁路曲线几何参数对钢轨磨耗影响的研究

重载线路小半径曲线外股钢轨侧磨速率明显加快.采用仿真计算结合现场测试,分析我国重载铁路轨道几何参数(超高和轨底坡)对曲线钢轨磨耗速率的影响规律.采用多体动力学软件 NUCARS 建立我国重载货车—轨道模型,改变超高和轨底坡两项轨道几何参数,采用数值积分方法仿真计算车辆通过曲线的性能.分析结果表明,设置合理的曲线欠超高和非对称的轨底坡可改善车辆通过曲线时的轮轨接触状态,降低了轮对冲角、外轨横向力和磨耗指数,从而在一定程度上减小钢轨磨耗速率.现场试验段长期观测的数据表明,两种措施对改善小半径曲线钢轨侧磨起到积极的作用.     

重载对铁路轨道结构破坏作用分析

重载铁路运输是国内外货物运输的方向,重载铁路由于大轴重、高密度组合列车的开行,对轨道结构的冲击力及破坏作用较大。根据国内外有关轨道力学、轮轨关系、重载轨道的研究成果,对重载铁路轨道结构的竖向、横向、纵向受力特点进行了全面分析,且根据朔黄铁路现场测试数据,就万吨列车与普通列车对轨道结构的受力影响进行了对比。对轨道结构各组成部件的相互作用力和重载运输对轨道结构破坏作用进行了重点论述,结合朔黄重载铁路工务设备养护维修的实践经验,提出了轨道结构各组成部分在加强与养护维修方面的建议与措施。     

轴重30t重载线路钢轨接头夹板抗弯刚度研究

在速度相同情况下,线路上车辆轴重越大,冲击力越大,对轨道结构和下部基础破坏力越大,钢轨接头是轨道结构的一个薄弱环节,提高钢轨接头夹板抗弯刚度是减少车轮冲击,延长接头区轨道结构使用寿命的最有效途径.本文用ANSYS有限元分析软件对重载铁路目前使用的两种钢轨接头夹板作了仿真计算,研究了轴重、夹板抗弯刚度对夹板受力及变形的影响,最后给出适应30 t轴重的夹板抗弯刚度的取值范围,为30 t轴重重载铁路接头区轨道结构的设计提供一定的理论依据.     

小半径曲线无缝线路稳定性有限元分析

研究目的：利用有限元法解决在温度力作用下无缝线路特别是小半径曲线的臌曲失稳问题。 研究方法：建立了包含钢轨、扣件、轨枕和道床阻力为一体的轨道框架模型，推导了相应的数值计算公式并编制了有限元程序。该模型还考虑了横向力对无缝线路稳定性的影响。 研究结果：得到了不同工况下钢轨横向位移一温度曲线，并与“统一公式”进行了比较。 研究结论：有限元方法在研究无缝线路稳定性方面是可行和有效的；有限元方法能计算出不同工况下的轨道结构从锁定轨温直到破坏全过程的横向位移，相对于“统一公式”，该方法可考虑各种复杂的工况，能更精确地反映轨道横向变形的趋势，从而为铁路工务部门养护维修提供理论指导。     

无缝线路稳定性及有效保证措施研究

研究目的:无缝线路在长轨条范围消除了轨缝,在轨温改变时钢轨的伸缩受到限制,当轨温升高时,钢轨内将产生巨大的温度压力,温度压力超过一定限值时,钢轨可能会臌曲变形,使轨道丧失稳定。有些特殊地段,如桥梁、无缝道岔区,由于结构特点,还会在钢轨内产生多余的附加力,在半径较小的曲线地段,无缝线路抗失稳能力降低,对无缝线路稳定性提出了更高的要求。研究结论:在特殊地段,如桥梁、无缝道岔区及小半径曲线地段,传统的提高无缝线路稳定性措施有一定的局限性,通过采用外侧支挡或内侧加拉杆、使用整体道床、使用小阻力扣件、使用伸缩调节器、设置道床插板等措施,可以有效地解决特殊地段无缝线路的稳定性。     

在既有线改造中应用人工一次性铺设无缝线路

研究目的:既有线提速改造时形成小区间无缝线路,利用长轨机械铺设比较困难,以往利用轨排换铺法进行。该法对既有线运营产生严重干扰,造成列车运行晚点,并形成诸多不安全因素,迫切需要改进。研究方法:在不拨移既有线路的情况下进出轨料,减少封锁次数,利用人工一次性铺设跨区间无缝线路的方法取代轨排换铺法。研究结果:解决了既有线提速改造铺架与既有线运营的矛盾。研究结论:在既有线电气化改造施工中,使用这种人工铺轨代替轨排换铺,是一种利用短暂的运营间歇时间,保证运营安全与施工安全的有效方法。     

无缝线路上铁路桥梁墩台制动力的计算方法

研究目的:制动力是影响桥梁墩台设计的重要因素之一,现针对无缝线路上铁路桥梁制动力的传力特点, 研究在中-活载作用下无缝线路上简支梁桥墩、台顶制动力的分配规律,提出更接近于实际的制动力计算方法、 研究方法:针对无缝线路上铁路桥梁的传力特点,采用将桥梁结构、台后部分路基以及上面的轨道结构作 为一个整体系统共同承受列车制动力的整体计算模型(即线-桥系统),运用有限元程序进行分析、计算。 研究结果:在对等跨度、桥墩等刚度的铁路多跨简支梁桥的墩、台顶制动力进行大量计算的基础上,找出了 影响多跨简支梁桥墩、台顶制动力分配的因素及其变化规律,提出了制动力的实用计算公式。 研究结论:通过对无缝线路上铁路桥梁的墩台顶制动力分配的影响因素分析,提出了铁路桥梁墩台顶制动 力的实用计算方法,经过分析该制动力实用计算方法,使用方便,操作简单,使制动力的计算更接近于实际。     

曲线轨道不平顺对车辆动力响应影响仿真研究

研究目的:本文旨在通过现场实测和仿真计算研究曲线轨道不平顺对车辆动力特性的影响。首先,利用轨检车实测数据对我国提速线路轨道不平顺与车辆振动加速度之间的关系等进行了统计分析及相关分析,对武九线曲线段的轨道谱也进行了初步估计。其次,采用动力学仿真软件Adams/Rail建立车辆-轨道动力学模型,并以实测数据作为验证手段,分析了轨道不平顺类型、幅值和波长对车辆运行平稳性和安全性的影响,提出了对行车运行有不利影响的不平顺波长范围。研究结论:高低不平顺对列车垂向振动影响显著,轨向不平顺对列车垂向、横向振动均有显著影响,当列车以110 km/h运行时,为了避免列车在不平顺激励下产生共振,应该对2.5 m、3.72 m、20 m和28 m波长的轨道不平顺进行控制。     

南仓特大桥桥上无缝线路设计

研究目的：研究刚构连续梁桥上无缝线路伸缩力的计算方法以及在曲线桥上不能设置伸缩调节器的情况下，如何加强无缝线路稳定性。 研究方法：通过对结构进行分析，建立刚构连续梁力学计算模型，利用计算机程序计算伸缩力；通过分析结构稳定性，研究桥上无缝线路线路加强设备。 研究结果：研制出在路基和桥梁地段都适用的无缝线路加强设备，即横向阻力器，通过实测阻力检算无缝线路稳定性。 研究结论：刚构连续梁可根据其结构建立计算模型计算伸缩力，计算参数宜采用实测数据，线路纵、横向阻力现场实测更重要；桥墩对梁的变形影响随墩刚度增加而增大，当采用高墩即墩顶纵向刚度较小时，影响也较小；横向阻力器制造、搬运和安装均较简单，而且对保证无缝线路稳定性有很大作用。     

高速铁路无砟轨道112m尼尔森体系提篮系杆拱桥设计

研究目的:高速铁路速度快,无砟轨道技术性强,对结构刚度要求以及梁轨的适应性要求高。需要研究新型桥梁结构的设计理念和方法。研究结果:下承尼尔森体系钢管混凝土提篮式系杆拱桥造型美观,建筑高度低,跨越能力强;外部静定结构,适应性强;桥梁结构竖、横向刚度大,整体桥面对轨道的应对性能好;造价经济,养护方便,能较好地适应高速铁路对桥梁结构的要求。本文详细介绍了112 m提篮系杆拱桥设计。     

轨道不平顺导致的车桥耦合振动分析

研究目的：轨道不平顺常常是激起车桥系统耦合振动的主要因素之一，通过研究轨道不平顺导致的车桥耦合振动规律，为铁路桥梁精确设计提供理论依据。 研究方法：以H．Hamid等人提出的轨道不平顺功率谱密度为例，构造了时域内的轨道随机不平顺函数。以轨道不平顺样本函数为激振源，通过求解车桥系统耦合振动微分方程，分析铁路桥梁在列车荷载作用下的动力响应规律。 研究结果：计算了广西红水河铁路斜拉桥在列车通过时的动力响应，给出了不同车速及不同不平顺样本函数情况下桥梁主跨中点横向位移时程曲线。 研究结论：桥梁结构动力响应主要随车速及不平顺样本函数的不同而变化，且有较大的随机性。对于广西红水河铁路斜拉桥，桥梁主跨中点的最大横向位移一般在车速为75～95km／h时达到最大。     

高速铁路轨道技术综述

研究目的:高速铁路的轨道必然比普通线路具有更高的安全性、可靠性和平顺性,为保证轨道结构的这些要求,轨道各部件的力学性能、使用性能和组成为结构的整体性能都比普通轨道部件高得多。本文旨在提供长期以来国内外在高速铁路轨道方面的研究成果与应用经验,以期满足中国高速铁路建设和发展的需要。研究结论:对各国在高速铁路轨道结构、客运专线和高速铁路对轨道结构的要求、钢轨、轨下基础、扣件、道床等方面的技术指标做出分析和评述,并对一些关键技术的发展提出了思路。