钢轨约束扭转时的应力分析

分析了钢轨的约束扭转变形，推导了钢轨约束扭转变形时的扭转角计算公式，并由此计算钢轨的约束扭转应力。通过算例说明对钢轨进行应力分析时，必须考虑约束扭转。     

无缝提速道岔钢轨温度力与位移的计算

无缝道岔是发展超长无缝线路的关键，而道岔区导轨、基本轨纵向力分布和位移的计算则是无缝道岔设计的先决条件。建立了提速道岔钢轨温度力与变形分析的力学模型，编制了实用计算程序，并进行了计算分析，给出了钢轨温度力变形随其相关因素的变化规律。     

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；在继承现有试验成果的基础上，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，再利用广义变分原理建立了结构的非线性平衡方程组，最后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。     

重载铁路货车轴载作用下嵌入式轨道受力变形分析

为研究嵌入式轨道在重载铁路中的适用性，采用有限元法，建立嵌入式轨道有限元模型，从钢轨应力、钢轨位移、轨道板位移的角度分析货车轴载对嵌入式轨道结构受力及变形的影响，并针对现有嵌入式轨道结构进行优化研究。研究结果表明：货车轴载对嵌入式轨道轨头应力、轨底应力、钢轨横向及竖向位移影响显著，其中，轨头应力、钢轨横向位移均超过限值要求，但其对轨道板位移影响较小；采用75 kg/m钢轨替换60 kg/m钢轨后，轨头应力显著减小，但钢轨横向位移仍然超过限值要求；在此基础上，随着填充材料弹性模量的增大，钢轨应力及位移均显著减小，且均在规范限值内，填充材料弹性模量建议取为400 MPa。     

基于广义变分原理的铁路无缝道岔计算理论

在继承现有试验成果的基础上，将广义变分原理应用于铁路无缝道岔结构体系的分析，提出了一种新的铁路无缝道岔计算理论，建立了较为完善的计算模型，在假设钢轨纵向位移函数的基础上，计算了无缝道岔结构体系各部分的能量，通过广义变分法建立了结构体系的平衡方程，编制了计算程序，分析了固定辙叉无缝道岔钢轨温度力与位移。     

平曲线箱梁在温差作用下的扭转分析

为了正确计算温差引起的平曲线箱梁的内力和位移,根据平曲线箱梁弯扭耦合的特点,分析了微梁段截面转动和温差引起的扭转变形,并计算了简支平曲线箱梁的扭矩和挠度.将简支平曲线箱梁作为基本结构,导出了连续曲线箱梁内力的计算式,并用于两等跨连续曲线箱梁的计算,与空间有限元分析结果的误差在5%以内,满足工程精度的要求.研究结果表明,计算平曲线箱梁的位移和内力时,应考虑温差引起的扭转变形.     

桥上无缝线路附加力影响参数

根据桥上无缝线路附加力影响区两端的边界条件，研究了不同计算条件下的桥外影响区长度，分析了铁路桥上无缝线路附加纵向力计算的各影响参数，阐明了桥外影响区长度、钢轨最大受力以及钢轨最大位移的变化规律。结果表明，桥外影响区的长度并不是定值，减小线路纵向阻力、桥梁的跨度、跨数、惯性矩以及增大桥墩的刚度，可以减小钢轨的最大拉力以及钢轨的最大位移，减小断轨发生的可能性；同时，减小线路纵向阻力，可以减小桥梁墩台的受力。     

轨道参数对无缝道岔组合效应的影响

基于有限单元法，建立了组合无缝道岔钢轨纵向力及位移的力学计算模型，编制了计算软件，并以12号固定辙叉无缝道岔为例，分析了不同轨道参数对组合无缝道岔钢轨附加力及位移的影响，并与其对单组无缝道岔的影响作了对比分析。研究表明，道床纵向阻力对组合无缝道岔钢轨附加力及位移的影响要明显大于单组无缝道岔，扣件阻力和限位器间隔对组合道岔和单组道岔的影响差不多，扣件阻力对组合道岔的影响略大于单组道岔，而限位器间隔对组合道岔的影响略小于单组道岔，相比单组无缝道岔，保持组合道岔道床质量显得更为重要。     

铁路无缝线路钢轨温度力测定理论分析

以横向位移法为基础,通过建立无缝线路具有初始弯曲的轨道力学计算模型推导钢轨内温度力、钢轨跨中施加的横向力、跨中横向位移以及轨道各参数的关系。并通过计算绘图分析轨道各参数对无缝线路中钢轨温度力测定值的影响。通过分析可知,曲线半径、钢轨长度对钢轨温度力测定值影响较大,钢轨弹模、钢轨磨耗对钢轨温度力测定值的影响较小。     

基于数值模型和解析模型的钢轨波导特性分析

钢轨振动由沿钢轨传递的各类导波构成,是铁路滚动噪声的主要贡献者. 为了研究铁路轨道的动力特性,分别基于铁木辛柯梁理论和波导有限元法建立了两种分析模型,推导自由波响应和受迫响应的求解过程,以波数、群速度、速度导纳和衰减率为指标,分析了两种模型条件下钢轨的波导特性. 研究结果表明:波导有限元模型包含了钢轨横截面所有的变形特征,可表征6 kHz内钢轨中的8种导波及其特性,反映导波波型交换、群速度互换的现象,以及高阶导波激发引起的导纳峰值;铁木辛柯梁模型可识别包括弯曲波、扭转波和纵波在内的5种钢轨导波,无法揭示截止频率在1.5 kHz以上与钢轨截面变形相关的导波;铁木辛柯梁模型可给出2 kHz内合理的钢轨垂向原点速度导纳计算结果.      

快速线路轨道刚度合理值的研究

轨道动态几何形位直接对行车安全、轮轨作用力、车辆振动产生影响.轨道动态几何形位的变化与众多因素相关.轨道刚度变化同时影响着轮轨动荷载和轨道动态几何形位的变化.将沪宁线轨检车实测动态不平顺输入动力仿真软件,分别计算不同垂向和横向刚度时的轮轨动轮载和钢轨的垂向、横向动位移,并改变车辆速度和输入不平顺的大小,分析轨道不平顺、轮轨动荷载和钢轨动位移之间的关系.利用正态分布的原则统计不同状态下动轮载和动位移的最大值,分析对比钢轨动态变形和轮轨动荷载随刚度和速度的变化趋势,提出了合理的轨道刚度取值范围,并分析了初始不平顺大小对轨道动态位移的影响.     

桥上无缝线路伸缩附加力计算的新方法

用广义变分法来计算桥上无缝线路附加力，提出了研究桥上无缝线路附加力计算的新方法。基于已有的试验及计算结果，先假设钢轨伸缩附加力函数，由此得到钢轨位移及梁轨相对位移函数，再通过对梁轨体系总能量进行广义变分计算，建立起结构体系的平衡方程，最后编制相应的计算程序，得到了符合工程实际的计算结果。     

桥上单元板式无砟轨道无缝线路的适应性

为研究适应连续梁桥上单元板式无砟轨道的最大温度跨度,采用有限元方法建立了线-板-桥-墩一体化计算模型,分析了在不同轨温变化幅度下,桥梁伸缩、墩顶水平位移及列车制动荷载对桥上单元板式无砟轨道无缝线路温度跨度限值的影响.研究结果表明:温度跨度限值随轨温变化幅度的增加而降低;为保证钢轨强度、横向压弯变形及钢轨与轨道板相对位移等满足要求,当考虑桥梁伸缩时,以轨温变化40 ℃为例,其适应的温度跨度限值为271 m;随着墩顶水平位移的增加,桥梁温度跨度限值显著降低,当墩顶位移为30 mm时,温度跨度为237 m,当高墩桥梁墩顶位移超过30 mm时,应结合实际墩顶位移计算温度跨度限值;制动荷载下线路坡度对温度跨度限值影响较小,当线路坡度为20‰时,桥梁温度跨度限值为258 m.      

钢轨磨耗型波磨计算模型与数值方法

分析了国内外铁路钢轨波浪形磨损理论模型,提出了车辆轨道垂、横向耦合动力学、轮轨滚动接触力学和钢轨材料摩擦磨损模型为一体的钢轨磨耗型波浪形磨损计算模型,发展了相应的数值方法。模型中车辆结构和轨道下部结构被简化成等效的质量、弹簧和阻尼系统,钢轨用Euler梁代替,并考虑它的垂向、横向弯曲变形和扭转变形,利用修改的Kalker三维弹性体非Hertz滚动接触理论和相应的数值方法计算轮轨蠕滑力和摩擦功,假设材料单位面积磨损量正比于轮轨接触面摩擦功密度。利用该模型和相应的数值方法分析了几个磨耗型波磨情况,结果表明该模型可以模拟轨道多种缺陷(轨缝、扁疤、凹坑、轨枕间距、随机不平顺等因素)引发的钢轨磨耗型初始波磨和发展规律,可以模拟由于钢轨在机械加工或打磨过程中形成的初始波磨的演化过程,可以通过改善轨道特性来消除或减少波磨的发生和发展。     

连续梁桥上无缝道岔伸缩力与位移计算

将钢轨和梁体视为杆单元,轨枕视为梁单元,扣件阻力、道床阻力和桥墩刚度视为弹簧单元,建立了计算连续梁桥上无缝道岔伸缩力与位移的有限元力学模型,根据变分原理和“对号入座”法则建立了模型求解的非线性方程组,分析了道岔设计参数对桥上无缝道岔伸缩力和位移的影响。研究结果表明:伸缩调节器布置在道岔的后端,连续梁固定墩的纵向力可降低43.2%;增加连续梁固定墩纵向刚度有利于减小钢轨位移;连续梁固定支座的位置对系统的受力与变形有双重影响,实际设计时应综合考虑。     

小阻力扣件桥上无缝线路附加力

在铁路桥梁上铺设无缝线路，为了降低梁跨结构和钢轨之间的相互作用力，往往采用小阻力扣件。在有碴桥上无缝线路采用小阻力扣件，在钢轨、轨枕及梁跨结构三者之间将产生较明显相对位移，以往的计算模型没有考虑轨枕和钢轨相对位移的影响，与有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路工况存在较大偏差。在吸收国内外研究成果的基础上，建立了一种能综合考虑钢轨、轨枕、梁体三者相互作用的有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路附加力计算力学模型，给出了算例，对不同力学模型计算结果作了对比。计算结果表明，新模型计算结果要小于既有模型，对于柔性墩台结构，差分尤其明显。不考虑轨枕位移，该模型也适用于无碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路附加力计算，相比有碴桥，小阻力扣件无碴桥上无缝线路附加力有较大幅度增加。     

列车荷载下桥上CRTS Ⅲ型板式无砟轨道挠曲力与位移

针对中国自主研发的CRTSⅢ型板式无砟轨道在运营阶段的受力变形问题, 以梁-板-轨相互作用原理为基础, 考虑钢轨、轨道板、自密实混凝土层及底座板等细部结构的空间尺寸与力学属性, 运用有限元法建立了高速铁路桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型; 计算了列车荷载作用下轨道及桥梁结构的挠曲力与位移, 分析了不同列车荷载作用长度、桥上扣件纵向阻力及墩台顶固定支座纵向刚度对挠曲力与位移的影响。研究结果表明: 在全桥加载情况下, 多跨简支梁桥上钢轨挠曲力在支座处表现为拉力, 跨中表现为压力, 大跨连续梁主桥上钢轨挠曲力在两侧边跨表现为拉力, 中间跨表现为压力, 单线加载时2种桥上有载侧钢轨挠曲力分别达到了38、53 kN, 约为双线加载时的1/2;轨道、桥梁结构纵向力与位移最大值不同时出现在同一工况下, 需要根据不同的检算部件选取最不利的列车荷载作用长度, 并将ZK活载中的集中力设置在跨中位置; 采用小阻力扣件可以改善钢轨受力与变形, 简支梁桥和连续梁桥上钢轨最大挠曲力分别减小了35%和22%, 钢轨纵向位移分别减小了7%和5%, 但轨板相对位移分别增大了26%和30%, 需加强观测以控制钢轨的爬行; 从轨道及桥梁结构的安全性与耐久性角度考虑, 建议将墩台顶纵向刚度控制在设计值的1.0~1.5倍范围内。      

新建地铁车站对既有地铁车站的影响分析

本研究以某地区既有地铁站为研究对象，建立三维数值仿真模型，分析新建地铁站对既有地铁站变形情况的影响，研究既有车站水平和竖直位移变化，得出以下结论：在新建地铁站施工的前期，新建地铁站对其变形和沉降的影响较小，随着施工的进行，既有地铁站地下连续墙的水平位移和竖向位移均显著增大，说明在施工的中后期，新建地铁站对既有地铁站的变形影响较大，且在新建地铁站负一层施工时较为明显。实测值和计算值的数值存在一定的差异性，但是竖向位移最大差值小于1mm，水平位移最大差值小于7.5mm，说明三维数值仿真模型预测地下连续墙的数值位移可行性较高。     

地震激励下大跨度连续刚构桥与轨道受力特性

为研究大跨度连续刚构桥与轨道系统地震响应规律,建立考虑轨道约束的大跨度连续刚构桥与轨道系统一体化仿真模型。以某3-32 m简支梁桥+(72+128+72)m连续刚构桥+3-32 m简支梁桥为例,分析轨道约束对桥梁-轨道系统抗震能力的影响,研究地震波水平输入角度参数对地震响应影响,探讨竖向地震波作用下系统纵向受力和变形规律。研究表明:纵向地震响应下钢轨承受较大应力,呈"双菱形"分布,竖向激励对钢轨地震力和下部结构受力影响较小;随着地震波水平输入角增大,钢轨纵向应力减小,墩顶水平力、墩底剪力、墩顶水平位移均表现为顺桥向减小而横桥向增大;钢轨能增强桥梁整体性,对抗震性能提升有利;轨道结构能减小简支梁桥墩顶水平位移及墩底剪力,对连续刚构桥影响不大。     

壁厚因素对钢轨约束扭转正应力的影响

在应用符拉索夫理论分析钢轨约束扭转正应力时，引入了法向截面内无剪应变的假定，考虑了壁厚因素对约束扭转正应力的影响，分析所得的结果比较符合实际情况。