大坡道米轨道床阻力及轨排稳定性研究

为研究大坡道米轨(齿轨)有砟轨道结构稳定性,通过建立米轨离散元和有限元轨排模型,分析该结构在不同坡度条件下道床阻力变化及在荷载作用下轨排纵、横向稳定性。研究表明:(1)受轨枕与道床之间正压力减小和道砟颗粒之间接触减弱的共同作用,随着坡度增大,轨枕道床纵、横向阻力逐渐降低,且降低幅度明显高于轨枕与道床间正压力的降低幅度;(2)随着坡度的不断增大,在纵向制动荷载作用下轨枕位移显著增大,且有砟道床整体稳定性逐渐降低;(3)综合考虑轨枕位移及有砟道床整体稳定性,建议米轨有砟轨道最大坡度不超过500‰;(4)在温度荷载及制动荷载作用下,为保证米轨铁路曲线段的横向稳定性,在坡度为250‰时,无齿轨段曲线半径≮700 m,有齿轨段曲线半径≮600 m。     

米轨混凝土轨枕与钢枕道床阻力研究

为明确米轨混凝土轨枕和钢枕道床阻力,建立了实尺米轨铁路有砟轨道试验平台,采用原位测试法测试单根轨枕的道床阻力,并拟合得出道床纵向、横向阻力-位移关系函数.结果表明:位移为2 mm时,米轨混凝土轨枕和钢枕道床的纵向阻力设计值分别为9.67、8.31 kN,道床横向阻力设计值分别为5.27、4.98 kN,米轨混凝土轨枕、...     

无缝线路稳定性分析有限元模型

利用有限元法建立包含钢轨、扣件、轨枕和道床阻力为一体的轨道框架模型。研究在温度力作用下无缝线路的臌曲失稳问题。推导相应的数值计算公式并编制了计算程序。轨道框架模型由4种单元组成：用考虑钢轨非线性变形的平面梁单元代表钢轨；无几何尺寸的两结点弹簧单元模拟钢轨扣件；弹性基础上的普通平面梁单元表示轨枕；弹簧单元模拟道床的横向、纵向阻力，并考虑了道床阻力的非线性特性。运用该模型，分析道床横向阻力、轨枕失效、曲线半径和线路初始弯曲对无缝线路稳定性的影响，得到不同工况下钢轨横向位移-温度曲线、钢轨内应力分布及钢轨和轨枕的横向变形分布曲线。     

山地米轨铁路有砟轨道结构稳定性研究

研究目的:本文以某山地米轨铁路为例,研究坡度250‰以上有砟轨道结构的稳定性和极限坡度。首先进行米轨混凝土枕的道床阻力测试试验,并建立轨排结构有限元模型,分析坡度和扣件阻力对轨排结构稳定性的影响;接着建立米轨有砟轨道三维有限元模型,研究坡度与竖曲线半径对有砟道床稳定性的影响;最后,根据扣件阻力、道床阻力与大坡道有砟轨道稳定性的关系提出米轨有砟轨道极限坡度和竖曲线半径的建议值。研究结论:(1)通过试验测试,得到了道床阻力-位移关系,结果表明轨排结构的稳定性随坡度增大而减弱,在扣件阻力不大于10 k N/组时其极限坡度为500‰;(2)有砟道床的稳定性随着坡度的增大而逐渐减弱,在列车荷载作用下,有砟道床保持稳定的最大坡度为500‰;(3)变坡点凸形竖曲线附近道床稳定性弱于直坡道地段,且其稳定性随着竖曲线半径的增大而逐渐增强,在坡度为250‰的情况下,为了保持有砟道床稳定竖曲线半径不能小于400 m;(4)本文研究成果可为米轨铁路大坡道有砟轨道结构稳定性分析提供理论与试验依据。     

Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床纵横向阻力设计参数试验研究

研究目的:在此之前,国内曾经对铺设Ⅱ型枕的有砟道床阻力进行过测试,并提出过道床阻力参数。但随着我国高速铁路的大规模建设和既有线的不断提速,有砟轨道普遍使用Ⅲ型混凝土轨枕,同时道床断面尺寸、道砟材质及颗粒级配不断强化提高,确定Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床线路阻力是进行有砟轨道无缝线路设计的一项重要基础工作。研究结论:本文选取武汉至襄樊区间增建第二线云梦段作为测试工点,通过现场原位测试和对测试数据进行数理统计分析,拟合确定了Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床纵向、横向阻力曲线,同时计算了Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床的等效横向阻力,其结果可为铁路无缝线路设计阻力的取值提供参考。     

银吴高铁有砟轨道道床施工工艺与质量控制研究

针对新建银吴高速铁路的有砟轨道施工质量要求高、无铺轨基地支持、施工分段多等工程特点,开展施工工艺和过程质量控制研究。利用传统施工工艺方便、灵活的优势,结合高速铁路轨道工程质量要求和工效要求进行有砟道床施工工艺优化设计;建立试铺与观测试验段,开展道床密实度、纵横向阻力和轨枕频响试验,对道床施工质量进行检测与评估,指导全线施工质量控制。研究表明:在轨枕位移为2 mm时,道床纵向阻力值为16.3 kN(大于规定值12 kN)、横向阻力值为8.1 kN(大于规定值7.5 kN),枕下道床密度为2.0 g/cm~3(大于规定值1.75 g/cm~3);有砟道床的第一、二、三主频振动区间主要集中在100～500 Hz的低频范围内,主要指标均满足规范的标准要求。     

轨道约束对铁路减隔震桥梁地震响应的影响

轨道是限制铁路桥梁减隔震装置在地震中发挥耗能作用的一个可能因素。为了分析轨道约束对铁路减隔震桥梁地震响应的影响,以高速铁路客运专线上两座采用不同减隔震装置的32m简支桥梁为对象,用非线性弹簧单元模拟道床的纵向位移阻力关系,建立地震作用下桥梁与轨道共同作用的线桥一体化计算模型,对其进行弹塑性地震响应分析。结果表明:轨道对铁路减隔震桥梁纵向自振频率的影响不可忽视,影响程度与道床阻力系数有关,随着道床阻力系数增加,结构的自振频率增大;轨道约束虽然对墩底的最大地震剪力影响不大,但对桥梁纵向地震位移和减隔震装置变形的影响出现增大和减小两种现象,设计时应考虑轨道约束产生的不利因素,适当提高相邻梁间的结构允许相对变形要求。     

高速铁路有砟道床纵向阻力滞回曲线特征及规律研究

针对有砟轨道道床纵向阻力的强非线性特点,通过足尺试验模型,在不同加载速率和位移极值的周期性纵向荷载作用下,研究散体道床的纵向阻力滞回曲线特性及规律。结果表明:散粒体道床在周期性荷载作用下的卸载曲线与加载曲线不重合,加、卸载曲线形成一条闭合的、呈中心对称的滞回曲线;滞回曲线的形态特征并非理想的滞回状态,滞回环面积随位移幅值的增加线性增大;位移幅值越大道床能量耗散系数越大,道床耗能能力越强,滞回曲线越饱满;道床的动刚度近似随荷载循环周次的增加线性递减;滞回曲线分段刚度值受位移幅值影响明显,不同位移幅值下的滞回曲线分段刚度值不同。有砟道床纵向阻力具有滞回特性说明其正常使用状态存在动态耗能行为,有助于深入研究高速条件下有砟线路的高稳定性、高可靠性和高安全性。     

梯形轨道-普通整体道床过渡段布置方式研究

梯形轨道与普通整体道床的过渡部分,由于两种轨道结构形式的轨下基础刚度存在差异,从而影响行车平稳性和钢轨使用寿命。采用线性增加梯形轨道纵向轨枕下减振胶垫个数,作为梯形轨道-普通整体道床过渡段设置方式,建立车辆与过渡段轨道耦合动力学模型,分析不同过渡段设置方式钢轨垂向位移和车体垂向加速度的变化。计算表明,在两种轨道形式连接处梯形轨道的纵向轨枕下,采9个减振胶垫,以等间距0.625 m布置的过渡段设置方式较为合理。     

站区到发线无缝线路稳定性现场测试与计算分析

以在武汉纸坊站和武昌南站进行道床横向阻力现场测试获取的标准道床横向阻力不同的测点实测数据作为初始参数,利用有限元软件建立无缝线路稳定性有限元模型并进行计算,分析站区无缝线路的稳定性。研究结果表明:轨枕端头道砟缺失区段标准道床横向阻力偏小,且容许温升小于规范要求,应及时维修;利用移动加载车进行定点静态加载试验,推导出轨枕横向位移与车测钢轨横向位移的线性关系;通过移动加载试验,提出移动加载时轨枕横向位移不应大于0.60 mm的限值;通过理论计算得出移动加载时的轨枕横向位移曲线,现场发现轨枕横向位移超过0.60 mm的区段道床明显破坏,应及时补充道砟并捣固以确保无缝线路的稳定性。     

大跨度桥上钢轨伸缩调节器区轨道病害分析与监测研究

通过对我国大跨度桥上梁端钢轨伸缩调节器及梁缝处抬轨装置的调研和现场实测,得出该区域轨道结构可出现的病害有轨道几何形位保持不良、混凝土轨枕与钢枕歪斜、混凝土轨枕拉裂、剪刀叉发生弯曲或扭曲、钢枕或混凝土轨枕与梁端挡砟墙间顶死等。通过理论分析,得出病害发生的主要原因是由于轨排框架左右枕端道床阻力不等导致轨排变成平行四边形,从而导致轨枕及悬挂式钢枕发生歪斜,剪刀叉发生弯曲或扭曲,严重时还导致轨枕开裂。针对病害的预防和整治,提出应对钢轨伸缩调节器区轨道结构开展监测,并详细介绍监测的内容及方法。     

米轨混凝土枕道床横向阻力离散元数值模拟

研究目的:为分析米轨混凝土枕有砟道床横向阻力变化特征,本文首先通过圆筒堆底试验与离散元模拟对道砟的摩擦系数进行标定,然后采用离散元法研究匀速推动轨枕和变速推动轨枕两种情况下米轨道床横向阻力特性,同时用单根轨枕测试法开展米轨道床横向阻力试验以验证离散元模型的正确性,最后利用离散元模型探究道砟堆高和道床肩宽对米轨混凝土枕有砟道床横向阻力的影响。研究结论:(1)通过圆筒堆底试验与离散元模拟发现,道砟颗粒摩擦系数取0. 63时与试验结果相吻合;(2)与匀速推动轨枕相比,变速推动轨枕得到的道床横向阻力仿真值与实测值更吻合,因此变速推轨枕得到的道床横向阻力的仿真精度更高;(3)米轨混凝土枕有砟道床横向阻力随着砟肩堆高的增加而增大,砟肩堆高150 mm能显著提高米轨混凝土枕有砟道床横向阻力;(4)随着道床肩宽的增加,米轨混凝土枕有砟道床横向阻力不断增大,当道床肩宽在400～500 mm之间时对道床横向阻力的提高最经济有效;(5)本研究成果可为米轨铁路无缝线路设计理论和米轨铁路有砟道床设计理论提供参考。     

轨枕悬空条件下的列车-轨道系统竖向振动响应研究

针对道床作为散体结构本身具有弹、塑性,在列车荷载的反复作用下会发生沉降,沉降的不均匀导致轨枕悬空的情况,基于列车—轨道系统竖向振动分析方法,研究1根和几根轨枕悬空时列车—轨道系统的竖向动力响应。计算结果表明,当列车通过悬空轨枕时轮轨相互作用增大,其中轨枕的竖向位移及加速度增长最明显,且随着悬空轨枕的根数增加,动力响应增长越明显;即使毗邻轨枕的支承良好,也受到悬空轨枕的影响,轨枕位移及加速度增长显著;轨枕悬空会加速轨道结构的破坏,甚至危及行车安全。     

周期性纵向荷载下散粒体道床阻力试验研究

基于有砟轨道结构足尺试验模型,开展不同加载速率和位移极值的周期性纵向荷载下散粒体道床纵向阻力特性试验,探讨散粒体道床在周期性循环荷载下的变形特征及阻力特性。结果表明:单调反复荷载会造成道床塑性变形的不断积累,从而使得其阻力幅值增大;散粒体道床在周期性荷载下的卸载曲线与加载曲线不重合,形成一条闭合的滞回曲线,随循环周次的增加,道床体现出循环软化特性;周期性循环荷载作用下,散粒体道床的响应程度与位移幅值和加载速率有关;散粒体道床的循环软化行为依赖于外加位移幅值的大小,外加位移幅值越大,循环软化越严重。     

基于离散元法的列车运行速度对有砟道床工作性能影响的研究

不同的列车运行速度会使轨道结构产生不同的响应,列车运行速度越快,产生的振动和空气动力响应越大,会加剧道砟颗粒的磨耗、粉化,甚至道砟飞溅,进一步影响道床的稳定性和列车运行的安全性.为了更好地了解列车运行速度对道床工作性能的影响,采用离散元法对道床进行模拟,通过道床纵横向阻力试验数据验证模型的可靠性,并在此基础上分析和研究动力荷载作用下道砟位移、颗粒振动加速度随列车速度、道床深度、道床不同横向位置的变化趋势,从微细观层面了解道砟颗粒在不同工况下的工作性能.研究结果表明:道砟加速度和道砟颗粒位移在不同轴重和行车速度下的变化趋势相同,均是在轨下位置的道砟加速度最大、道床砟肩的位移值最大;在动荷载作用下,道砟颗粒均有向外运动的趋势,轨枕附近的道砟位移扰动较大,外围道砟在墙体约束作用下位移较小.     

基于离散元法的有砟道床阻力特性研究

研究目的:为探究道床纵横向阻力变化特征,本文通过进行现场原位试验并采用离散单元法建立道床-轨枕三维离散元模型,研究道砟级配、轨枕埋深、边坡坡度、道床肩宽对道床纵横向阻力的影响。研究结论:(1)道床纵横向阻力随着道砟级配变宽而增大,当道砟颗粒级配为包络线上下限中间插值及包络线上限时,道床纵横向阻力满足规范要求;(2)道床纵横向阻力随着轨枕埋深增大而增大,当轨枕埋深大于150 mm时,道床纵横向阻力满足规范要求;(3)随着道床边坡坡度变缓,道床横向阻力增大,纵向阻力基本不变,坡度为1∶1.75或更缓时,道床纵横向阻力满足规范要求;(4)随着道床肩宽增大,道床横向阻力增大,纵向阻力基本不变,当肩宽大于400 mm时,道床纵横向阻力满足规范要求;(5)本研究成果对于指导有砟道床设计、施工以及提高有砟道床力学性能具有参考价值。     

用广义变分原理分析38号无缝道岔的研究

将轨枕视为弹性地基上的有限长梁,用基于弹性理论的郭氏法对轨枕进行受力分析,建立了扣件阻力和轨枕变形曲线的关系;通过假设钢轨纵向位移函数,计算了无缝道岔结构各部分的能量;利用广义变分原理建立了结构的非线性平衡方程组,用最速下降法求解该方程组,得出38号无缝道岔钢轨纵向力及位移等的分布规律.     

轨道框架阻力下桥上无缝线路梁轨相互作用

研究目的:基于轨道框架道床阻力的试验研究成果,建立包含梁缝、梁端悬出长度等局部细节的有砟轨道桥上无缝线路轨-枕(框架)-梁-墩一体化计算模型,提出轨道框架组建原则,构造组建轨道框架的迭代算法,以某(68. 8+120+68. 8) m大跨连续梁桥为例,分析轨道框架阻力下的梁轨相互作用规律,以期为桥上无缝线路设计提供指导。研究结论:(1)本文提出的轨道框架组建算法具有自适应的能力,可依据梁轨相互作用剧烈程度确定轨道框架内轨枕根数,实现线路阻力的自动调节;(2)考虑轨道框架阻力会造成钢轨伸缩力和挠曲力大幅度降低,断缝值大幅度增加,甚至超过规范限值,故建议桥上无缝线路伸缩、挠曲及断轨工况计算中应考虑轨道框架的影响;(3)轨道框架阻力对钢轨制动力影响较小,降低值不超过5. 0%,可采用传统单根轨枕阻力进行计算;(4)本研究成果可为桥上无缝线路设计提供指导。     

米轨钢枕轨道不同坡度的道床阻力分析

为分析不同轨道坡度对道床纵横向阻力的影响，开展米轨铁路有砟轨道钢枕平坡和250‰坡度道床纵横向阻力室内试验，并建立离散元模型，通过室内试验验证了离散元模型的正确性，进一步建立了多种坡度的米轨钢枕有砟道床离散元模型。研究结果表明：平坡与250‰坡度米轨钢枕道床纵向阻力实测均值分别为11.33,10.31 kN/枕，道床横向阻力均值分别为7.44, 7.11 kN/枕，纵向阻力衰减了9%,横向阻力衰减了4.44%;米轨钢枕的道床纵横向阻力均随坡度增大而减小，坡度在0～700‰变化时，道床纵向阻力与横向阻力之间存在线性关系，斜率约为1.7,纵向阻力变化程度大于横向阻力；道床纵横向阻力均随坡度呈余弦趋势衰减，但并非单一的按照坡度的余弦值改变，在坡度小于200‰时，道床阻力可近似按坡度余弦折算考虑，坡度大于200‰时，可根据拟合余弦公式预测道床阻力。     

大型养路机械维修无缝线路稳定性的研究

大型养路机械维修无缝线路会使轨道的稳定性下降,本文应用有限元法,将轨道视为具有一定横向刚度的有限长梁,并具有一定的初始弯曲,钢轨和轨枕的连接为一系列弹簧,轨枕在道床上的阻力是随位移变化的非线性函数,采用荷载增量法迭代求解无缝线路的稳定性.并根据现场的实测道床阻力来对作业后的轨道稳定性进行监控和预测.