道砟胶对道床参数的影响研究

为了明确经过道砟胶组织后,道床参数的变化情况,在试验室进行了轨道实尺模型试验,测试了喷道砟胶前后道床纵、横向阻力、支承刚度的变化情况。试验结果表明:如果喷胶量为48 kg/m3,枕底、枕间及砟肩都喷道砟胶时,道床纵向阻力大约提高8.5倍,横向阻力大约提高17.4倍,加载的竖向力为140 kN时支承刚度提高37.6%,并且在卸载5 min内轨枕位移约恢复90%。因此,道砟胶可以应用在小曲线半径无缝线路、无砟轨道向有砟轨道的过渡段上,以提高道床横向阻力、调整道床支承刚度。     

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。     

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。     

无缝线路稳定性有限元分析

建立无缝线路横向胀曲的有限元模型,推导相应的数值计算公式,并编制计算程序。运用该模型,分析道床横向阻力、轨枕失效、扣件横向弹性系数、曲线半径、线路初始弯曲对无缝线路稳定性的影响,并提出提高轨道结构稳定性的具体措施。     

Ⅲ型混凝土轨枕道床纵、横向阻力试验分析

目前,我国新建、改建铁路有砟轨道普遍铺设Ⅲ型混凝土轨枕,但对于Ⅲ型轨枕道床纵、横向阻力尚未完全明确。确定Ⅲ型轨枕道床纵、横向阻力对于无缝线路设计、施工及养护均具有重要的现实意义,同时,为轨道设计、施工规范和验收标准的制定提供科学依据。通过试验分析,采用现场原位测试和数理统计分析方法,确定合理的道床纵、横向阻力值。     

曲线段有砟道床横向阻力分布及其影响研究

研究目的:为确定曲线段道床横向阻力分布及其对无缝线路稳定性的影响,对某曲线半径为800 m的曲线线路开展道床横向阻力现场原位测试,测试直线、缓和曲线及圆曲线段的道床横向阻力。基于测试结果,建立直线-缓和曲线-圆曲线一体化无缝线路稳定性计算模型,分析缓和曲线段道床横向阻力分布对无缝线路稳定性的影响,从而为无缝线路设计提供指导。研究结论:(1)道床横向阻力测试中应避免反向顶推轨枕,以确保前后测试数据的一致性和重复性;(2)曲线段道床横向阻力存在显著差异,圆曲线中点、直线测点的道床横向阻力分别是缓和曲线中点阻力值的1.21倍、1.37倍;(3)缓和曲线段无缝线路的最小临界温升小于圆曲线段,并受缓和曲线段道床横向阻力分布的影响;(4)为避免缓和曲线段无缝线路先于圆曲线段线路发生失稳,确定了道床横向阻力不同分布下曲线半径300～1 000 m对应缓和曲线中点道床横向阻力最小值;(5)本研究成果可为无缝线路稳定性分析提供指导。     

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.     

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。     

高速铁路桥上有砟轨道结构力学特性分析

在京沪高速铁路济南黄河大桥有砟轨道开展了系统性的动力试验,内容包括列车运行安全性指标和轨道结构稳定性参数等。测试结果表明:京沪高速铁路时速250～350 km动车组通过桥上有砟轨道时,实测脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力均在相应安全限值以内;钢轨横向位移、轨枕横向位移、动态轨距变化量与列车运行速度均呈现出正相关的关系;采用弹性轨枕有利于改善高速铁路桥上有砟轨道的弹性,但会降低道床横向阻力和轨枕支承刚度,应重点关注弹性轨枕区段道床横向稳定性;既有标准中对轨枕支承刚度的规定对高速铁路桥上铺设弹性轨枕的有砟轨道区段不完全适用,建议提出相应的验收标准。     

冲击式人工捣固装置对有砟道床作用效应及质量状态影响研究

人工捣固作业是实现小区段线路日常养护维修的重要方式之一,可有效改善轨道几何形位、缓和线路不平顺、保证列车运行安全性。然而目前人工捣固装置进行养护维修作业主要依赖现场工人的工程实践经验,缺乏相关理论研究。为研究有砟道床人工捣固装置作业工作机理,借助离散元素法(DEM)-多体动力学(MBD)耦合方法,建立人工捣固装置-轨枕-有砟道床耦合仿真模型,并在现场开展人工捣固作业前后横向阻力试验,验证了模型的可靠性,分析人工捣固作业对道砟颗粒接触力及道床密实度的影响。结果表明：人工捣固作业会使道床横向阻力降低19.51%,道床横向稳定性减弱;捣入阶段会使道砟间接触力分布发生明显变化,其中,水平平面接触力分布由近似圆形向椭圆形变化分布,纵向平面接触力则由半圆形向花束形变化分布,颗粒间接触关系不断变化,逐步建立新的稳定传递关系;捣固作业会使道砟颗粒受迫运动,使枕盒及砟肩处密实度降低。因此,在人工进行捣固作业后应及时补填枕盒处道砟颗粒,并对砟肩处道砟进行拍实。     

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。     

复合轨枕无砟轨道疲劳试验研究

复合轨枕无砟轨道是一种新型轨枕无砟轨道结构,通过开展复合轨枕无砟轨道疲劳试验研究其疲劳性能。试验建立复合轨枕无砟轨道实尺模型并对其施加300万次疲劳荷载,观察轨道各部件在疲劳加载前后的伤损情况,测试疲劳加载前后钢轨、复合轨枕、道床板相对位移变化、轨距变化和道床板受力变化。试验结果发现:无砟轨道及其各部件在疲劳试验中均未出现疲劳损伤;轨道结构部件位移在加载前期略有波动,后逐渐减小并趋于稳定,道床板受力满足规范要求。研究结果表明:复合轨枕无砟轨道具有一定耐久性,为其进一步推广和应用奠定了基础。     

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、...     

轨道复合不平顺对无缝线路横向变形的影响分析

轨道复合不平顺会对行车的安全及稳定性产生较大影响,也是影响无缝线路横向变形的一个重要因素。为研究轨道复合不平顺对无缝线路的具体影响,通过构建三维轨道框架非线性有限元模型,采用轨道框架单点(或多点)位置发生横向及竖向位移来模拟复合不平顺状态,通过计算获取节点位移变化规律,进而分析轨道复合不平顺对无缝线路横向变形的影响作用。研究结果表明,轨道的复合不平顺会对无缝线路的横向变形产生显著的影响;当线路出现三角坑等类似病害时,其节点位移变化更为显著,在无缝线路的日常养护维修中应尤为注意。     

初始不平顺与初始弯曲的叠加方式对无缝线路稳定性影响

针对无缝线路稳定性方面的分析,研究线路初始不平顺与初始弹塑性弯曲之间的叠加方式具有重要意义。根据无缝线路稳定性有限元分析理论建立钢轨、扣件、轨枕和道床阻力为一体的轨道框架模型,对于桥上无缝线路由于梁端相对伸缩产生的线路不平顺,分析线路不平顺幅值位置以及各弦测法对应矢度最大值位置与初始弹塑性弯曲的叠加线型对无缝线路稳定性的影响。分析表明:梁端横向伸缩引起的钢轨变形会降低无缝线路的稳定性。建议对于存在初始不平顺的线路,首先采用4 m弦长对线路初始不平顺进行测量,得到最大的矢度对应的位置,然后与钢轨初始弹塑性弯曲最大处相对应进行叠加,最后进行求解,以此作为计算无缝线路稳定性最不利的工况。     

梁体温差对桥上无砟轨道横向稳定性影响研究

随着桥上无缝线路在运营中出现各种病害,桥上无砟轨道的横向稳定性问题越来越引起重视。基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道横向稳定性分析模型,分别计算分析梁体在均匀温度和双向温度梯度下对无砟轨道结构横向变形的影响,有益于进一步深入研究桥上无砟轨道的横向变形机理。结果表明:与均匀温度荷载相比,双向温度梯度荷载对无砟轨道结构横向变形影响相对较小,但对钢轨轨距的影响较大,桥上无砟轨道结构的横向稳定性受梁体伸缩附加力与梁体几何形变的共同影响。因此建议在设计桥上无缝线路时,无论考虑哪种梁体温差荷载,都需要对桥上无砟轨道结构的横向稳定性进行检算。     

现代齿轨铁路有砟道床阻力及轨道力学特性

齿轨铁路具备优越的爬坡性能,国外多铺设于山区旅游线路,我国尚无应用。针对齿轨铁路线路坡度大的特点,基于离散单元法建立大坡度有砟道床离散元模型,研究道床纵向阻力随坡度变化规律,并以所得结论为基础,建立齿轨铁路空间耦合有限元模型,对Strub模式齿轨铁路轨排稳定性及结构受力变形进行计算分析。研究结果表明:(1)道床纵向阻力随轨道坡度的增大而呈现余弦规律衰减,对齿轨铁路进行设计时,应对其进行重点考虑;(2)当5节车编组、轨道坡度25%时,轨枕弯矩最大值1.53 kN·m,不会对轨枕造成破坏;(3)轨枕最大位移量为0.79 mm,轨排结构不会失稳;(4)齿轨纵向位移峰值0.82 mm,齿轨最大应力位于齿根部位,峰值为75.8 MPa,齿轨满足要求强度。     

基于无缝线路失稳分析的地铁轨温预警限值

运用有限元方法建立直线和曲线有砟轨道无缝线路的稳定性分析模型,讨论道床横向阻力、线路初始不平顺等多个因素的影响,分析结果表明:当钢轨横向位移超过0.5 mm左右时,其增长的速率明显加大。因此建议综合考虑钢轨横向位移增长速率突变处的温升、我国规定的允许温升及计算温升作为高温时的轨温预警限值,并采取绿-黄-橙-红四级预警机制。