高速铁路无砟轨道路基填料动力试验荷载分析

为获得高速铁路无砟轨道路基填料的动力试验参数,建立无砟轨道-路基系统三维有限元数值模型,模拟8辆编组的动车运行过程,结合实测数据分析轨道不平顺、列车速度、轴重、深度等因素对竖向动应力的影响。结果表明:路基动应力的一次加卸载过程,由同一转向架的两对轮载或相邻转向架的两对轮载共同完成;车速对动应力幅值影响较小,但引起路基承受荷载的作用频率呈线性增大;列车车轴重每增加10 kN,路基表面的动应力增加约0.97 kPa;无砟轨道路基承受荷载的作用频率为车长频率的1~4倍,且轨道不平顺没有改变荷载主频。依据动应力时程曲线特征及其频谱特征,采用全压正弦函数建立路基填料动力试验荷载表达式,加载频率可取车长频率的1~3倍。     

高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基精细化有限元模型与验证

高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基的动力响应是高速铁路设计、施工和运维普遍关注的问题。为了较好地掌握高速列车荷载作用下的无砟轨道、路基以及地基各结构的动力响应,采用实体单元对无砟轨道结构、路基和地基进行建模,考虑扣件系统的5层垫片和弹条,以超弹性材料本构关系模拟橡胶垫片的大变形行为,以三维黏弹性静-动力统一人工边界模拟无限地基,以静动力顺序分析模拟路基和轨道的建造过程,以实测轮轨力模拟列车高速运行时产生的激励,构建高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基精细化有限元模型,采用实测数据,从动位移、动应力和动应变三方面对模型进行验证。研究结果表明,所建模型间接地考虑了空气和轨道不平顺对高速运行列车荷载的影响,考虑了扣件系统多层垫片间接触压力的传递和扩散,能很好地模拟列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基系统的动力响应,与实测结果吻合很好。高速列车荷载作用下基床表层的动应力小于20 kPa,动应变处于10με量级,表明路基处于小应变和弹性变形状态。该模型可用于深入研究高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基的动力学行为,为高速铁路无砟轨道结构及路基设计、优化提供一种有效的计算分析手段。     

高速铁路桥路过渡段动应力测试与分析

研究目的:高速列车的平稳、安全运营,需要路基结构物提供沉降小、刚度大、动力特性稳定的轨下支撑系统。在武广高速铁路设计中,为实现桥梁与路基的刚度和沉降平顺过渡,设置了桥路过渡段。在过渡段中预埋设动测元件,研究CRH2动车组高速通过过渡段的动应力的空间分布特性。研究结论:桥路过渡段路基基床表层动应力的最大值位于过渡段正梯形底部折角处,均值约12.73 kPa;桥路过渡段路基基床表层采用级配碎石加强后,动应力在垂向衰减较快,至基床底层底面时,衰减率达90%;列车速度由200 km/h增加到250 km/h时,路基基床表面动应力增加约20%;车速由250 km/h增加到350 km/h时,过渡段路基基床表面的动应力增加约10%。     

有轨电车嵌入式轨道路基结构动应力分布规律

为分析列车荷载作用下有轨电车嵌入式轨道路基结构动应力分布规律,建立现代有轨电车车辆动力学模型和三维精细化的非线性轨道-路基-地基动力学计算模型,获得在不平顺谱激励下的动态轮轨垂向力,研究列车荷载作用下嵌入式轨道路基结构中动应力沿横向、垂向和纵向的分布规律。研究结果表明:在移动列车荷载作用下,轨道路基结构中的动应力沿横向都呈现驼峰形,且应力极值均出现在钢轨下方;同时在距轨道中心线约1.5 m处,基床表层竖向动应力约等于0,表明路基面宽度取为4m是合理的;当取自重应力的20%作为参考标准时,列车荷载在路基中的影响深度为0.75m;当列车速度为70 km/h时,路基基床表层动应力纵向影响范围约为8.8 m;在对轨道结构进行设计时,建议采用单轴双轮加载,而对路基结构进行设计时,建议使用双轴四轮进行加载。     

路基基床动应力响应特征的数值模拟研究

以朔黄重载铁路为工程背景,运用ABAQUS软件建立车辆-轨道-路基相互作用有限元模型,分析重载列车运行下基床的动力响应特性,引入典型轨道谱分析轨道高低不平顺对基床动力响应的影响。结果表明:随着深度的增加,基床表面以下动应力横向分布由双峰型逐渐转变为单峰型;相邻车厢转向架通过时,基床表面处动应力存在明显的叠加效应;基床不同位置处动应力峰值基本随列车轴重的增加线性增大;既有重载铁路基床厚度设计标准(2.5m)尚难以适应运行轴重30t及以上重载列车;轨道高低不平顺使路基内动力响应加剧,不同位置处路基面动应力差异增大。根据三倍标准差原理,用正态分布函数估算重载列车和轨道高低不平顺共同作用下路基面处的最大动应力。研究结果可为重载铁路路基设计及既有线扩能改造提供参考。     

高速铁路路基动力响应特性

结合高速铁路路基基床动力响应现场实测与有限元计算,分析了无砟轨道路基动应力、动变形和振动加速度的幅值特征及变化规律,揭示了列车荷载作用下基床内应力、应变的分布规律。研究结果表明:轨道路基基床动应力范围为11~16 k Pa,随车速变化不明显,随轴重增大而增加,每1 t轴重产生动应力约为1.02 k Pa;无砟轨道路基基床表面动应力分布范围较大且相对均匀,动应力随深度衰减较缓慢;无砟轨道路基动变形较小,随着路基刚度的增大动变形减小且分布较均匀,路基对线路整体刚度影响不大;无砟轨道路基振动加速度一般不大于10 m/s2,振动主频100~500 Hz。     

高速铁路板式无砟轨道-路基结构动力特性研究

针对列车走行的实际情况,将板式无砟轨道-路基作为参振子结构纳入车辆计算模型,建立包含车辆、钢轨、板式轨道和路基为一体的二系垂向耦合动力分析模型,分析列车速度对车辆运行品质、系统动位移以及动应力的影响。结果表明:车体加速度、动轮载和轮重减载率均随车速的提高而增大,呈线性分布,当列车高速通过无砟轨道-路基结构时,列车运行的安全性和舒适度指标都能满足要求;系统动位移受速度影响较小;轨道板易发生疲劳破坏,需采用双层、双向配筋;路基面动应力随速度的提高而增大,但数值比有砟轨道的小;路基动应力沿路基深度方向衰减较慢,在基床表面下3 m处,动应力只有基面的25%左右;无砟轨道的基床加速度远小于有砟轨道的加速度值,表明无砟轨道结构可以有效地改善列车荷载对路基基床的振动作用。     

遂渝线无砟轨道桩网结构路基现场动车试验测试分析

遂渝线无砟轨道综合试验段是我国首条成区段铺设的无砟轨道铁路,在综合试验段上试用桩网结构解决土质路基上铺设无砟轨道的技术难题.为考察桩网结构路基在不同列车荷载作用下的响应规律,尤其是对网垫层的动力作用大小,结合工程实践,对无砟轨道桩网结构路基进行现场动车组和货物列车试验测试.结果表明:采用无砟轨道结构可以有效改善列车荷载对路基基床的动力作用,测得的动应力与加速度值均远小于有砟轨道结构测得的值;列车轴重对无砟轨道路基的动应力影响明显,对加速度响应也有一定影响;无论是动车组还是货物列车,其运行速度对路堤部分的动响应影响均有限;动应力与加速度经3 m高的路堤后衰减,对桩网结构路基下部的网垫层已基本无影响.     

遂渝铁路路涵过渡段动应力测试分析

通过测试试验列车以不同速度通过路涵过渡段时的路基面动应力,分析研究行车速度、行驶方向等各种因素对路涵过渡段路基面动应力幅值变化的影响以及动应力沿线路纵向的分布规律。结果表明,列车行驶速度对路基动应力值影响很大,采用正梯形的过渡段结构型式,以及过渡段长度的设置基本能满足时速200 km客货共线铁路的技术要求。     

技术动态

大秦线正式开行2万t重载列车为适应铁路跨越式发展需要,进一步挖掘大秦线运输潜力,大秦线尝试开行2万t列车。最早从2004年11月份开始铁道部就在大秦线多次进行了2万t列车的静态和动态试验,并最终取得了较为满意的结果。2006年3月28日,大秦线正式开行了2万t重载列车。2万t列车采     

大秦线重载组合列车的LOCOTROL技术应用研究

分析大秦线2万t重载组合列车采用LOCOTROL技术的运用情况。介绍了LOCOTROL装备的工作原理,结合大秦线有关试验、计算和运行情况,分析不同编组的2万t重载组合列车动力学性能。讨论LOCOTROL装备的延迟时间对重载组合列车性能的影响,针对大秦线开行2万t重载列车的安全问题提出建议和对策。     

20 000 t列车技术站到发线腰岔设置方案探讨

研究目的:本文拟从分析现状开行20 000 t重载货物列车的技术站腰岔设置方案存在的主要问题,找出既能保证车站作业安全,又方便车站运输组织的合理的技术站到发线腰岔设置方案。研究方法:通过文献研究并以大秦线为例,确定重载铁路技术站到发线作业内容及合理的到发线有效长度;采用定性与定量分析相结合的方法,找出现状腰岔设置方案存在的不足,并从更好的保证运输安全、提高车站作业效率等方面探讨技术站到发线腰岔更为合理的设置方案。研究结果:找出了技术站接发20 000 t列车时,既可真正满足安全距离要求,又可通过腰岔前行出入到发线作业的技术站腰差设置方案,且该方案也可满足接发普通列车和接发10 000 t列车技术作业的要求。研究结论:接发20 000 t列车的技术站到发线总长度最小可以按3 019.24 m设置,3个腰岔的设置由前至后各段有效长分别为665.24 m,665.24,665.24 m和850 m。     

风荷载作用下大跨度桥梁的动力响应及行车安全性分析

根据桥梁结构动力学、车辆动力学、轮轨相互作用以及结构风振的基本原理，研究风、列车、桥梁构成的动力相互作用系统的振动机理。结合实桥的动力研究，建立风荷载作用下的列车和大跨度桥梁系统动力相互作用分析模型，研究桥梁在脉动风荷载和列车荷载同时作用下的振动特性，以及桥上列车受风荷载作用下运行的安全性和平稳性，从而得出风速、车速、桥型等多种因素对风-车-桥动力系统振动特性等影响的研究结论。主要研究内容如下。     

探讨重载铁路的运输组织及线路加强模式

研究目的：对铁路重载的两个重要方面——运输组织和既有线路加强进行分析探讨,力求概括总结出适合我国国情的一般模式,提出切实有效的方案. 研究方法：主要结合参与研究的我国大秦线、北同蒲线两条重载铁路的经验,列举已实施的案例,提炼出共性的特征,求证总结出重载铁路运输组织和线路加强可能的几种模式. 研究结果：根据重载铁路以煤炭运输为主的运输特点,运输组织应重点抓好重载列车的装车、运输、卸车及车辆回空、机车运用等各个环节;线路方面应对轨道、路基、桥涵采取适当有效的加强方式. 研究结论：本文根据重载线路的不同运输特点,提出重载铁路运输组织方式.在提高列车重量方面,应达到5 000 t、10 000 t、20 000 t;在装卸车组织方面,减少技术作业站的集结和分解时间,采用直接过翻车机整列卸车的循环拉运方式;技术作业站和中间站到发线长度应满足重载要求;采用客货分线.线路加强模式为采用无缝线路、高强度高质量的轨枕和钢轨、治理路基和桥涵病害、改建地段采用较高标准等措施.     

横风对货车通过高墩桥梁行车安全性的影响分析

在对国内外研究成果进行简要介绍和分析的基础上,本文按一系悬挂和变摩擦阻尼建立货车的动力计算模型;轮轨作用力采用Kalker的线性接触理论并按Vermeulen-Jnhnson的非线性理论对其进行修正的方法;作为车桥系统外部激励的抖振力的时域随机风荷载按Shinozuka理论进行模拟。以某高墩连续梁刚构桥为对象,对考虑横风作用时货车的行车安全性进行了对比分析。计算结果表明：在横风作用时,背风侧的脱轨系数和轮轨作用力增加,轮重减载率减小,迎风侧的脱轨系数和轮轨作用力有所减小,轮重减载率增加;与无风时相比,横风的作用将导致车辆的行车安全性较为不利,这一结论与文献[2]的试验结果基本一致。     

遂渝线无砟轨道动力学性能研究

研究目的：研究建立无砟轨道结构动力学性能评估的方法和手段。 研究方法：应用车辆-轨道耦合动力学理论，建立列车一无砟轨道空间耦合振动模型，从而导出弹性地基上轨道板的运动方程；应用开发的无砟轨道动力学仿真软件TRACKDYNA，系统地研究评估遂渝线综合试验段无砟轨道及其过渡段的动力学性能。 研究结果：快速客车、重载货车以及普通货车通过路基上板式轨道时，轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率、CA砂浆动应力、路基面动应力等动力学指标均小于容许值。 研究结论：遂渝线无砟轨道结构动力学性能满足设计要求，过渡段结构设计方案是合理的；对于双块式轨道过渡段，适当降低2种轨道连接点处双块式轨道前几个扣结点的轨下胶垫刚度，可改善过渡段的动力学性能。     

重载车桥耦合作用下48 m钢桁梁桥动力性能

研究目的:随着社会经济发展和人们需求的提高,铁路货运能力亟待进一步提高,在既有铁路网基础上加大铁路列车轴重是有效提高铁路运能的主要途径之一。列车轴重增大后车桥振动效应将增加,既有铁路网中的钢桥能否适应铁路轴重的提高成为列车轴重能否增加的关键问题。本文为分析重载列车作用下钢桥动力性能,选取既有线中常用跨度48 m钢桁梁桥为研究对象,通过轮对与轨道接触处的力与位移相互关系建立空间重载铁路车-桥系统耦合振动分析模型,在与实测结果对比基础上,对影响重载铁路钢桁梁桥动力性能的轨道不平顺、列车轴重和列车速度等因素进行系统分析。研究结论:(1)轨道不平顺功率谱、列车轴重和列车速度均对重载列车作用下的钢桁梁桥的动力性能有着重要影响;(2)美国六级轨道不平顺与桥上实际线路不平顺更加接近;(3)重载铁路运输中27 t轴重列车通过48 m钢桁梁桥时建议对列车运行速度进行限制。     

新型智能轨道电路的研究与开发

介绍一种采用新颖的车轮检测技术以计算车辆轮对为基本原理的智能型轨道电路,该轨道电路具备判别列车方向和速度的功能,并适用于各种调车作业方式和非正常调车作业模式,对股道存车数精确到轮对,为货运管理自动化提供准确、可靠的基础条件与数据资源,真正意义上实现了轨道电路智能化的目标。