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。     

钢轨扭转时的水平位移分析

分析了钢轨的扭转变形以及扭转变形引起的钢轨水平位移；推导了钢轨扭转角的计算公式，并计算了几组不同荷载作用下的轨顶水平位移。计算结果表明，钢轨顶面横向位移较大。在分析计算钢轨水平位移时，必须考虑扭转变形。     

闭口薄壁杆件的约束扭转剪应力分析

基于周边不变形理论,推导了闭口薄壁杆件的约束扭转剪应力计算公式,对有关文献中的另一种剪应力公式进行了分析与论证,发现这些文献中对闭口薄壁杆件约束扭转时的纯扭转剪应力和约束扭转剪应力的表达是不正确的,并进行了更正.最后通过一个发生约束扭转的悬臂箱梁算例,具体分析比较了按本文公式和有关文献中公式计算的约束扭转剪应力的差别.     

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。     

轮轨接触应力与钢轨波磨分析

根据轮轨滚动接触中钢轨循环加载塑性累积和材料的Ratcheting效应，应用强化材料模型对钢轨内部的残余应力和累积变形进行了数值分析。分析结果表明钢轨材料的Ratcheting效应和轮轨接触应力的波动是钢轨表面剥离与压溃形波波磨产生的重要原因。     

考虑截面剪切变形时曲线箱梁的弯扭分析

为了分析剪切效应对曲线箱梁的影响,基于薄壁箱梁弯曲理论,用一个剪切翘曲参数来综合表达翼板和腹板的剪切变形,运用能量变分法导出考虑剪切效应及约束扭转时曲线箱梁弯扭挠曲控制微分方程组.通过分析边界条件,采用伽辽金数值法求解上述微分方程,从而得出曲线箱梁的弯扭挠曲应力表达式.数值算例结果表明,按本文公式计算出的曲线箱梁弯扭挠曲应力与实测值吻合良好,验证了本文方法的正确性;腹板的剪切变形对箱梁剪切翘曲应力影响较小,可忽略.通过分析曲线箱梁在竖向均布荷载下的整体正应力可知,剪切翘曲应力占比为15%~20%,而扭转翘曲应力相对较小,占比约为6%.     

CRTSⅠ型轨道板拨轨更换轨温差限值研究

以沪宁城际客运专线CRTSⅠ型板式无砟轨道大修拨轨换板作业为背景,建立高速铁路钢轨—扣件系统三维有限元模型,将仿真结果与现场实测数据进行比对验证了模型的有效性,并利用该模型研究分析了高速铁路板式轨道换板大修作业时直线段和半径7 000 m曲线段中施工轨温与锁定轨温温差对钢轨应力和变形的影响规律。根据模型分析得出的温差-应力变化规律,以钢轨允许应力限值377.78 MPa为依据,推得施工时钢轨轨温与锁定轨温温差允许范围:直线段应在-33.46～43.95℃范围内,曲线段内轨应在-23.35～42.78℃范围内,曲线段外轨应在-25.69～39.08℃范围内。     

引起钢轨蠕变伸长因素的探讨

通过理论分析认为钢轨中残余应力的释放，车轮的碾压作用、钢轨承受疲劳拉应力，温度拉应力、钢轨方向不衣的弯曲矢度变化引起钢轨蠕变伸长的主要原因，并对此进行了详细的叙述。指出新钢轨上道后初期，钢轨的蠕变伸长速率较快，随着荷载作用次数的增加，钢轨的蠕变速率变缓，直至停止蠕变伸长。     

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。     

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.      

磁弹性方法无损测试钢轨残余应力分布的实验研究

磁弹性法测量残余应力是一种新型的无损检测方法，利用磁弹性方法测定了U71Mn60kg／m钢轨的磁声特性，并以此为基础对钢轨矫直残余应力进行了现场实测，得到了钢轨的残余应力分布情况，为钢轨残余应力测试提供了一种可行的检测技术．     

考虑梁弯扭耦合对钢轨横向振动特性的影响

为准确预测弹性波在钢轨中的传播，且探究考虑Timoshenko梁弯扭耦合的必要性，基于波谱-辛混合法建立了考虑梁弯扭耦合的钢轨-扣件空间无限长模型.在模型验证的基础上，分析考虑Timoshenko梁弯扭耦合对钢轨横向固有频率与速度导纳的影响，进一步从理论和试验方面分析了扣件胶垫垂向预压特性对钢轨横向弯曲振动特性的影响.研究结果表明：考虑梁弯扭耦合使得钢轨横向弯曲共振频率增大了约29.6 Hz，且在钢轨横向弯曲振动中同时出现弯曲和扭转pinned-pinned模态；扣件胶垫垂向预压特性主要影响钢轨横向中低频振动，随着预压的增大，钢轨横向弯曲共振频率增大；当预压从30 kN增加到50 kN时，实测的横向弯曲共振频率增加了13.7 Hz，考虑和不考虑梁弯扭耦合时其分别增加了12.5 Hz和21.7 Hz；不同预压下考虑梁弯扭耦合的钢轨横向弯曲共振频率变化规律与实测的结果更为接近.     

钢轨三维弹塑性滚动接触应力

用有限元法建立了钢轨三维弹塑性滚动接触计算模型，分析钢轨材料屈服强度对钢轨残余应力和应变的影响．模型中考虑了钢轨的几何形状和边界条件，通过在钢轨表面反复施加移动赫兹法向压力和切向力模拟车轮的反复滚动作用．结果表明：最大等效塑性应变和剪应变均发生在钢轨接触表面，此处易萌生裂纹；钢轨接触表面附近材料塑性变形流线趋势与现场观测到的裂纹方向一致；钢轨材料屈服强度越高，材料的累积塑性变形越小，钢轨的最大残余应力越接近于表面．     

变截面连续箱梁扭转与畸变应力计算与分析

简要阐述了变截面连续箱梁在偏心荷载作用下的变形 ,并阐述了变形连续箱梁的扭转、畸变及横向挠曲应力的计算与分析     

移动荷载下波形钢腹板曲线组合梁桥动力特性研究

综合考虑曲梁弯扭耦合、腹板剪切变形及箱梁的约束扭转,利用能量变分法和哈密顿原理对移动荷载作用下波形钢腹板曲线组合梁桥的竖向自振频率和动位移解析解进行了推导,将理论值与文献算例值及有限元值进行对比,验证了理论推导的正确性。在理论推导的基础上,探究了腹板剪切变形和箱梁约束扭转对曲梁自振及强迫振动的影响。结果表明箱梁的约束扭转对曲梁自振及强迫振动动力响应影响较小,腹板剪切变形影响较大,在计算中不应忽略。     

提速铁路无缝线路稳定性的有限元分析

本文用有限元方法研究了一个分析提速铁路无缝线路稳定性的模型。该模型将钢轨、轨枕、扣件及道床阻力视为一个整体，并考虑了由于温度应力产生的非线性变形．在此基础上，推导出了计算公式，并编写了相应的程序。该模型还考虑了道床的横向阻力、失效轨枕、弯轨半径以及初始弯曲变形对无缝线路的影响。     

预应力混凝土连续箱梁的约束扭转分析

本文介绍了运用广义座标法对于铁路桥梁设计40+4×64+40m预应力混凝土连续箱梁所作的约束扭转分析,以及比例尺为1:20的有机玻璃模型约束扭转试验结果。对于支点不均匀沉陷引起的约束扭转效应亦进行了分析。文中介绍了避免对于长箱梁作约束扭转计算时出现病态方程的方法,以及变截面箱梁的计算图式和边界条件。     

基于Reissner原理的波形钢腹板箱梁约束扭转分析

为更加合理地分析波形钢腹板箱梁约束扭转效应,考虑波形钢腹板的褶皱效应推演了翘曲正应力和剪应力计算式,应用Reissner原理建立了波形钢腹板箱梁约束扭转控制微分方程,给出了不同于乌曼斯基第二理论的翘曲系数公式. 通过简支梁数值算例验证了所推导公式的正确性,并分析了腹板厚度和悬臂板宽度变化对箱梁横截面应力的影响. 研究结果表明:相对于乌曼斯基第二理论,基于Reissner原理计算的应力与有限元解吻合更好;按乌曼斯基第二理论与按Reissner原理计算的翘曲系数的比值可达到4.70;波形钢腹板主要承担剪应力,几乎不承担翘曲正应力,而顶底板既承担翘曲正应力也承担剪应力,应对顶底板予以重视,防止斜裂缝的产生;腹板厚度增大能减小翘曲正应力;随着悬臂板宽度的增大,当悬臂板宽度比大于0.10时,翘曲正应力减小,而当悬臂板宽度比大于0.30时,总剪应力几乎无变化.      

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。     

钢轨蠕变伸长与无缝线路锁定轨温下降的分析

根据现场实测的钢轨长度，对钢轨的蠕变伸长进行了分析。得出新钢轨上道后的不同时期，其蠕变伸长速率是不同的。新钢轨上道后的前期，蠕变伸长速率较大，以后逐步降低。钢轨的蠕变伸长可使无缝线路的锁定轨温下降，最大下降值可达１５℃左右。建议在新钢轨上道后的半年内，对钢轨进行应力放散，以保持无缝线路的稳定性。