钢筋混凝土轨枕板线路的静力试验研究

文中通过静力试验探讨了轨枕板合理的排列型式和适当的支点间距,轨枕板线路强度静力计算的方法,轨枕板线路的弹性,以及轨枕板线路的优缺点等问题.     

枕下套靴硬化对预应力配筋弹性长枕强度影响

在对预应力混凝土轨枕进行强度计算时,通常将混凝土轨枕简化为梁单元或建立未施加预应力的混凝土枕空间有限元模型,这种方法无法体现轨枕在实际预应力配筋下的真实应力.本文建立了能够考虑轨枕实际截面尺寸和预应力配筋的新型计算模型,对预应力轨枕受力与变形进行了分析,并与未配筋情况的轨枕受力进行了对比,说明建立这种新型计算模型的必要性.利用新型计算模型,对地铁用长枕套靴式减振轨道枕下套靴硬化对轨枕强度影响的问题进行了分析,得出了枕中裂纹产生原因,并给出了套靴硬化的限值.     

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。     

预应力混凝土枕螺栓孔部位受力分析

预应力混凝土轨枕螺栓孔纵裂伤损是我国轨枕伤损中较为严重的一种，是近十年来影响轨枕寿命的主要因素之一。从力学角度，采用三维有限元模型，用SAP90分别对预应力混凝土轨枕上道前和上道后螺栓孔部位的受力进行了详细的计算和分析，总结出螺栓孔区域受力变化规律，并指出螺栓孔部位局部拉应力过大是造成螺栓孔纵裂的根本原因。     

轨道高低调整量的影响因素

为了探讨轨道高低不平顺(轨道高低)实际调整量与计算调整量的关系,提出了轨道高低调整量的计算方法;建立了钢轨-扣件-轨下垫板耦合计算模型;对轨下垫板垂向刚度、轨枕间距、松开扣件个数和调整枕个数等影响因素进行了分析.研究结果表明:调整枕只有1个时,轨下垫板垂向刚度对调整量的影响较大;轨枕间距和松开扣件个数对调整量的影响较小;连续多个轨枕调整且计算调整量相同时,中间部分调整枕的调整量可以达到计算调整量.     

轨枕支撑硬点对轨枕动力响应的影响

采用35自由度的多刚体车辆系统与三层弹性离散点支撑轨道模型,建立了基于Timosh-enko梁模型的车辆/轨道耦合动力学模型,应用新型显式积分法求解其运动特性。考虑钢轨横向、垂向和扭转运动对轮轨滚动接触几何关系的影响,分别由Hertz法向接触理论和沈氏蠕滑理论计算了轮轨法向力和轮轨滚动接触蠕滑力。假设轨枕垂向支撑高度沿纵向非均匀分布来模拟轨枕支撑硬点,基于移动轨下支撑模型,分析了不同轨枕支撑硬点个数和高度对系统动力响应的影响。分析结果表明,轨枕支撑硬点对轨枕的动力响应影响显著。当硬点高度为1.0 mm时,最大钢轨/轨枕作用力约为正常状态下的2倍,最大钢轨/轨枕拉力约为正常状态的10倍,这将加速轨枕、轨下垫层及钢轨扣件状况的恶化。而支撑硬点个数对系统动力响应的影响很小。     

基于离散元方法的道床捣固及吹砟维护机理

为从细观上研究捣固和吹砟的维护机理,建立了离散元道砟箱数值模型,并耦合多体动力学的捣固镐模型和计算流体力学的吹砟管模型,对捣固与吹砟的作业全过程进行可视化模拟,基于离散元耦合数值模拟,对比分析了2种道床维护方法对道床扰动及作业后轨枕沉降.结果表明：吹砟作业各阶段对道床的扰动和道砟平均接触力均小于捣固,且扰动主要集中在下插阶段,吹砟作业过程中道砟颗粒速度峰值和接触应力峰值仅为捣固的37.5%和38.9%;捣固后,轨枕底部区域密实度提高了约13.6%,轨枕间上部和下部区域密实度分别降低了约21.0%和提高了约4.8%;吹砟后,轨枕底部区域密实度提高了约6.5%,轨枕间上部和下部区域密实度几乎无变化;在轨枕底部吹入碎石,吹砟作业极大地改善了轨枕底的接触状态和应力扩散,轨枕与道砟颗粒接触数增加了约243%,荷载传递更均匀;1 000次循环加载后,吹砟作业后的轨枕沉降相较捣固和未维护工况分别减少了约18.1%和44.4%.     

地铁弹性短轨枕轨道的钢轨波磨萌生原因

为探明我国某地铁线路弹性短轨枕轨道曲线钢轨短波长波磨萌生原因，采用现场试验和数值仿真方法对其开展了研究. 首先，通过现场试验确定钢轨波磨波长与轨道动态特性对应关系；其次，利用车辆-轨道耦合动力学模型计算轮轨接触参量，通过力锤敲击法获得现场轨道导纳特性；最后，基于轮轨接触参量和轨道导纳结果，建立钢轨波磨频域线性分析的数值模型，模拟弹性短轨枕轨道频域下曲线钢轨磨损率特征，分析了弹性短轨枕轨道萌生特定波长波磨原因. 研究结果表明:地铁弹性短轨枕轨道钢轨波磨主要出现在半径小于等于800 m曲线段，低轨波磨程度更为显著，波长为50～160 mm，通过频率为140～280 Hz；轨道在160～210 Hz频率范围的模态振型表现为钢轨和轨枕一起相对轨道板垂向弯曲振动，在250～300 Hz频率范围的表现为钢轨和轨枕垂向反向振动，波磨通过频率与该轨道的160～300 Hz共振频率相近. 弹性短轨枕轨道特定波长波磨萌生主要与其轨道垂向固有特性相关，其波磨特征为频率固定型，波磨波长随车辆运行速度变化而变化.      

轨枕空吊对轨枕动态性能的影响

为研究轨枕空吊对轨枕动态响应的影响,建立了车辆-轨道垂向耦合动力学模型.假设车辆模型为多刚体系统,用Euler梁模拟离散支撑的钢轨,轨枕视为弹性地基上的Euler梁,利用显式积分法求解车辆-轨道非线性动力学方程.结果表明:当轨枕部分悬空或完全悬空时,影响轨枕最大弯矩的位置;轨枕空吊数目越多,轨枕的弯矩越大;轨枕底座的完全悬空对邻近空吊区的轨枕动态行为影响较大.     

用有限元法分析无缝道岔的受力与变形

用有限元方法，采用与无缝道岔较接近的力学模型，全面考虑轨枕，扣件和道床阻力的作用，对无缝道岔各个部分的受力和位移规律进行了分析，编制了计算程序，并对一种道岔结构进行了计算，和试验结果比较吻合，为在我国铺设无缝道岔提供了理论和计算依据。     

轨道结构空间动力响应分析

建立了包含钢轨,轨枕,弹性垫层,道床和路基为一体的轨道结构空间分析模型。该模型将轨道的各个构件离散为不同的单元,然后组合各类单元进行整体分析,据此,开发了计算机程序ＴＤＡ。运用ＴＤＡ计算了各种算例,计算结果表明了本文计算模型及计算方法的可行性和实用性。     

高速铁路桥上无缝线路断轨力计算模型

在吸收前人研究成果的基础上,采用实体单元模拟桥梁及桥梁墩台,采用空间梁单元模拟钢轨及轨枕,采用弹簧单元模拟钢轨、轨枕、桥梁与墩台之间的连接,建立了断轨三维有限元空间力学模型。以秦沈客运专线10跨32 m简支双线整孔箱形梁桥为例,对其进行断缝值影响因素分析。研究结果表明:对于多跨简支梁桥,断缝与梁温度变化幅度、断缝位置、支座摩擦阻力关系不大;断缝值与扣件纵向阻力、钢轨温度变化幅度、桥墩纵向刚度、钢轨类型关系比较密切;断缝值及采用的力学计算模型也有一定的关系,相比传统计算模型,空间力学模型计算结果偏小。     

轨下连续支承纵向轨枕轨道计算分析

目前工程实践采用的纵向轨枕结构轨下垫和纵向轨枕枕下减振垫的布置模式,一般为2-1-2-1布置(每布置2个扣件布置1个枕下垫)即轨下点支承纵向轨枕轨道模式,文章基于现有的纵向轨枕模型提出设想,设计运用一种新型橡胶减振垫用于填补在钢轨下部,使得钢轨与橡胶减振垫接触并以此分散作用于钢轨上的轮轨力,从而达到减振的效果,建立两种不同的纵向轨枕结构形式的力学简化模型,借助于有限元理论编制程序,对轨下连续支承纵向轨枕轨道和点支撑纵向轨枕轨道进行钢轨和轨枕的受力以及位移大小进行比较,得出纵向轨枕连续支承轨道结构在分散钢轨力和减小钢轨位移具有一定的效果。     

轨道结构路桥过渡段静力分析

将轨道结构简化为弹性支承交叉地基梁系，建立了有碴轨道结构路桥过渡段的空间计算模型，采用ANSYS有限元分析软件对过渡段结构进行了静力分析，并对不同的竖向支承刚度比时过渡段钢轨及轨枕的应力及位移进行了讨论。     

基于离散元分析的高速铁路桥上轨枕选型

为合理选择高速铁路桥上有砟轨道轨枕形式,在轨枕形式的综合调研基础上,采用PFC 3D离散元软件,建立了Ⅲ型轨枕、宽轨枕、梯子式轨枕和框架型轨枕的轨枕-道床模型,对高速铁路桥上有砟轨道结构进行了数值分析.结果表明:4种轨枕都具有较大的轨道框架刚度,具备持久保持轨道几何形位和稳定性的能力;宽轨枕和框架型轨枕与道床的接触力分布较均匀,最大接触力也较小,比Ⅲ型轨枕更适用于高速铁路桥上有砟轨道结构.但考虑到框架型轨枕的优势不明显以及尚未开发相应的养护维修设备,建议高速铁路桥上有砟轨道采用宽轨枕.      

减振轨道形式对地铁曲线上钢轨磨耗影响的仿真

针对地铁线路普遍存在的钢轨磨耗现象,运用Simpack数值模拟虚拟样机技术和有限元软件Abaqus,建立地铁车辆轨道耦合动力学模型,针对车辆行驶于4种减振轨道曲线线路时,对轮轨磨耗、减振器扣件地段加密措施、梯形轨枕枕下刚度和参振质量调整措施进行了仿真模拟计算分析．结果表明：对于抑制钢轨波磨,板下减振和枕下减振方式在小曲线半径曲线地段使用效果要优于既有刚度和间距条件下的减振器扣件和Vanguard扣件;对于抑制钢轨侧磨,板下减振和枕下减振方式的效果也相对较好;减振器扣件间距加密措施、梯形轨枕枕下刚度及参振质量的增加,对减磨有一定作用．     

Ⅲ型混凝土轨枕配置根数的研究

以轨道强度理论（包括静态和动态）及线路稳固性为基础，综合计算、分析了混凝土轨枕配置根数对线路的影响。为Ⅲ型混凝土轨枕配置根数的减少找到了理论依据，并在该枕铺设试验段现场测试的基础上，通过与其它类型轨枕有关的对照，提出了Ⅲ型混凝土轨枕每公里的合理配置根数。     

不同线路参数条件下曲线地段无缝线路稳定性分析

针对曲线地段无缝线路在改变线路参数条件下的稳定性问题,建立轨道框架非线性有限元模型.改变曲线半径、钢轨类型、轨枕类型、轨温等线路参数,计算长钢轨内部温度力,归纳总结无缝线路稳定性与线路参数间的关系.通过模型计算,无缝线路轨道框架与线路参数、轨温变化密切相关.随着曲线半径逐渐增大无缝线路的稳定性逐渐提高.升降温温差越大,无缝线路稳定性降低.采用重型钢轨可提高无缝线路稳定性.与Ⅰ、Ⅱ型轨枕相比,采用Ⅲ型轨枕时无缝线路稳定性更高.     

循环荷载作用下道砟破碎老化的离散元仿真

为从细观力学上反映道砟与轨枕的相互作用机理以及道砟颗粒的破裂过程,建立了道砟-轨枕离散单元模型,对循环荷载作用下道砟破碎老化进行了仿真.道砟由不规则圆盘簇组成,分为不可破裂与可破裂颗粒,并施加单调荷载和循环荷载.结果表明:相同荷载下,加载时轨枕与道砟的接触力大于卸载时;破碎道砟颗粒集中在轨枕下方,道砟颗粒破裂产生的沉降是造成轨枕沉降的主要原因,沉降量随道砟颗粒强度的降低而增大.     

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。