无砟轨道弹性地基梁板模型

根据无砟轨道的结构和受力特点,采用弹性点支承梁模拟钢轨、板壳单元模拟无砟轨道各结构层,建立无砟轨道弹性地基梁板模型,进行无砟轨道各结构层的荷载弯矩计算,并与弹性地基叠合梁模型及弹性地基梁体模型进行对比.结果表明:弹性地基梁板模型更符合无砟轨道结构的受力特点,能够有效地反映承载层的空间弯曲变形;在该模型的钢轨上施加轮载可直接得到无砟轨道各承载层的纵、横向弯矩,既克服了弹性地基叠合梁模型忽略无砟轨道纵、横向变形协调条件,将纵、横向弯矩分开计算而造成的较大计算误差的缺点,也克服了弹性地基梁体模型层间约束强且计算繁琐的缺点.弹性地基梁板模型计算的结果与遂渝线实测结果基本吻合,验证了模型的合理性和有效性.     

基于有限元-边界元无砟轨道声辐射特性分析

建立无砟轨道系统高频振动边界元模型,运用有限元和边界元相结合的方法,将已经计算出的轨道系统垂向高频振动响应作为声辐射计算边界条件,得到钢轨与轨下结构的声辐射特性。分析结果表明:钢轨和轨道板对噪声的贡献量中,在800～3 000 Hz时主要是以钢轨的声辐射为主,在0～500 Hz时主要以轨道板的声辐射为主;随着距离的增长,轨道系统的声辐射呈线性递减趋势;钢轨部位声辐射要比轨道板部位的显著,平均大15 dB左右,轨腰的声辐射量要比钢轨其他部位的显著。本文预测轨道系统噪声的结果与其它模型得出的结果都有很好的一致性,说明本文的模型与做法是合理可行的,为以后的铁路减振降噪提供了理论依据。     

单天窗期横向拨轨更换无砟轨道伤损轨道板关键技术创新与实践

针对切轨更换法和抬高钢轨换板法更换轨道板的弊端,提出在不切断钢轨情况下单天窗期内采用横向拨轨换板法更换轨道板的全套技术,并进行理论分析、试验验证及工程实践。结果表明:横向拨轨换板法可实现在不切断钢轨的前提下更换伤损轨道板,避免无缝长钢轨的切割及后续焊缝处易断轨的潜在风险;根据换板区钢轨实际锁定轨温、实测钢轨温度及相关有限元分析与迭代计算等确定拨轨前换板区前后须松开扣件的最小长度,辅以可靠的轨道状态监控,可确保横向拨轨时长钢轨锁定轨温不变、钢轨应变在弹性范围内,无塑性变形或硬弯损伤;轨道板更换施工未对轨道结构动态响应产生不利影响,新轨道板与相邻原轨道板的振动加速度相差不大,满足动车组安全、舒适的运输要求。     

高速铁路无砟轨道拨轨换板技术

结合高速铁路天窗特点,通过方案比选分析拨轨更换无砟轨道板方案的可行性和优越性.为研究拨轨更换轨道板方案中钢轨的受力特性,建立有限元模型,计算分析扣件松开长度、施工作业温度和线路曲线半径对钢轨内部Mises等效应力的影响.结果表明,在扣件松开长度大于70 m的情况下,一般作业温度及曲线区段均具备开展拨轨更换轨道板作业的条件.利用轨道板更换一体化装备在试验线开展拨轨更换无砟轨道板施工,结果表明:装备性能可靠,作业衔接流畅,时间可控;施工过程中钢轨应力状态安全;拨轨更换轨道板能更好地满足高速铁路天窗内更换轨道板的需求.     

基于车辆-轨道单元的桥上CRTS Ⅱ型板轨道竖向振动分析

根据车辆与桥上CRTS II型板轨道结构相互作用的特点,提出一种车辆单元与一种轨道单元,运用有限元方法和Lagrange方程,建立2种单元的动力有限元方程。车辆单元与传统车辆模型的不同在于每个车轮下附有一系钢轨,该钢轨仅用于车辆与轨道之间的耦合,不计其质量和刚度。利用这种车辆单元,可建立运行车辆与轨道结构耦合的显示算法,避免了复杂的程序编制工作。基于轨道参振作用,轨道单元从形式上表现为扣件间距范围内的一段轨道截矩,涵盖了钢轨、扣件、轨下垫板、轨道板,混凝土连续底座板、桥面板以及相互作用的4层梁模型。计算结果与文献对比表明,基于车辆单元与轨道单元的车辆—轨道—桥梁耦合振动模型及其程序能够反映轨道结构的振动特性以及进行相应的动力性能分析。     

轨道结构与桥梁共同作用力学计算模型的研究

轨道结构与桥梁共同作用的力学计算模型是解决轨道纵向位移阻力与梁轨相对信移相互作用计算问题的关键。本文采用平面杆系建立轨道结构与桥梁共同作有的力学计算模型，将轨道结构、梁体、支座、墩台、基础作为整体来考虑。桥梁和轨道的联结采用性梁单元模拟，其材料弹性模量和屈服应力通过轨道纵向位移阻力与梁轨相对位移关系的双折线化确定；同时为考虑梁跨挠曲对无缝线路钢轨受力的影响，梁跨高度采用刚臂模拟。通过对梁轨相互作用模型结构的试验结果和《铁路无缝线路》（1995年修订版）一书中桥上无缝线路钢轨力的钢轨变形微分方程解计算算例作比较，证实这一力学计算模型的合理性。     

温度力作用下单元板式无砟轨道钢轨横向变形研究

为了研究无砟轨道钢轨横向稳定性,以曲线上单元板式无砟轨道无缝线路为对象,建立包括钢轨、扣件、轨道板和限位部件的无砟轨道钢轨横向变形计算模型,结合不同轨道板长度分析钢轨在温度力作用下的横向变形特性,讨论不同、限位部件弹性和初始弯曲半波长对钢轨横向变形幅值和扣件横向抗力的影响。计算表明,巨大温度力可导致钢轨沿线路纵向产生以轨道板为波长的周期横向不平顺,在小半径曲线地段,应采用刚度较大且塑性变形小的弹性限位垫层材料,重视半波长过小的初始弯曲的治理,并加强对钢轨横向位移和板端扣件使用状态的监测。     

石太客运专线板式无碴轨道参数影响分析

研究目的：石太客运专线作为国内唯一一条集高速客运与重载货运于一体的客运专线，将首次大规模铺设板式无碴轨道，而当前国内尚没有形成规范的无碴轨道计算理论，因此需深入研究板式无碴轨道受力规律，以保证设计经济、合理。 研究方法：采用有限元理论，建立了板式无碴轨道的梁一板模型，应用大型有限元工具软件ansys对模型进行求解。 研究结果：总结了荷载作用位置、扣件刚度、轨道板宽度、CA砂浆弹性模量、地基弹性系数等主要参数对轨道板、CA砂浆和底座的受力影响规律，求得列车竖向荷载作用下轨道板和底座的最不利弯矩。 研究结论：对于石太线板式轨道设计，扣件节点动刚度取60kN／mm、轨道板宽度取2．4m、地基弹性系数采用墨。取190MPa／m是合理的。计算列车竖向荷载作用下轨道板和底座的最不利弯矩时，荷载作用位置分别考虑位于板中及板端2种工况；CA砂浆弹性模量考虑离散性，按100MPa和300MPa分别计算。     

不同轨下基础轨道连接的动力特性分析

建立两类不同轨下基础轨道连接的动力特性分析计算模型,确定了动力学性能评价指标,分析由轨下基础沉降差引起的钢轨初始变形以及行车方向,行车速度和轨道刚度变化对轮轨系统动力性能的影响,提出确定轨道过渡段长度的方法。     

嵌入式轨道竖向支撑刚度优化设计

有机电车嵌入式轨道主要通过承轨槽内的填充材料固定钢轨并提供连续支撑,其承轨槽内结构复杂,刚度计算没有具体的解析表达式。为此,通过有限元方法分析了影响钢轨竖向支撑刚度的因素和范围,同时建立了有轨电车-嵌入式轨道耦合动力学模型,得到了钢轨竖向支撑刚度对嵌入式轨道动态特性的影响曲线。此外,综合考虑承轨槽填充材料对钢轨和轨道板的动力学特性影响,给出了钢轨竖向支撑刚度的合理取值范围。     

土质路基板式轨道结构强度计算研究

采用弹性地基叠合梁法针对土质路基上板式轨道结构建立力学模型、列出了微分方程式及其边界条件,并采用牛顿下山法解出方程,得到土质路基上板式轨道钢轨、轨道板、底座等各部件的弯矩、应力以及地基承载反力,分析不同参数变化对结构响应的影响。研究认为,弹性地基叠合梁法能较好地模拟板土质路基上式轨道在荷载作用下的受力机理。     

框架式轨枕及其结构有限元分析

本文建立“钢轨—轨下垫层—框架式轨枕—弹性地基”的一体化计算模型，并采用有限元法进行结构分析，计算框架式轨枕截面内力，分析基础弹性系数和轨下垫板刚度对框架式轨枕受力的影响，为框架式轨枕的设计与应用提供基础参数。     

浮置板轨道过渡段的动力学设计

针对广州地铁采用的浮置板轨道，建立车辆-轨道耦合动力学模型，并据此对浮置板轨道与单趾弹簧扣件无碴轨道间设置或不设置过渡段两种情况进行了动力学分析。计算结果表明，由于单趾弹簧扣件轨道和浮置板轨道轨下基础的刚度相差较大，两者之间应该设置过渡段，轨道过渡段可通过改变浮置板下橡胶支座的数量及支座刚度来实现。     

聚氨酯减振浮置板轨道结构减振参数研究

为了更好地进行聚氨酯减振浮置板轨道结构的选型设计,建立车辆-轨道系统动力分析模型,研究轨道板厚度、扣件刚度、减振垫刚度对聚氨酯减振浮置板轨道结构动力响应的影响。结果表明：轨道板厚度增大会导致钢轨加速度相应增大,而钢轨位移、轨道板加速度、基底加速度显著减小;扣件刚度减小会导致钢轨垂向位移增大,而钢轨、轨道板、基底加速度不同程度减小;减振垫刚度增大会导致钢轨垂向位移、垂向加速度减小,而轨道板、基底垂向加速度平稳增大。结合工程实际,建议轨道板厚度取260～300 mm,扣件刚度取20～40 kN/mm,减振垫刚度取0.02～0.03 MPa/mm。     

桥上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道断轨力作用下梁轨相互作用影响分析

桥上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道在运营过程中由于温度跨度和温度力较大,钢轨受力大而存在断轨危险。利用有限元软件建立了线-板-桥-墩一体化分析模型,研究断轨力作用下梁轨相互作用的影响。结果表明:非折断钢轨、常阻力扣件、轨下基础对折断钢轨的收缩具有约束作用,使得相同位置处同线及邻线非折断钢轨受到较大的附加拉力,同时断轨力对钢轨强度及断缝值影响较小;检算底座板强度及端刺位移时,根据经验将轨道板、底座板的纵向伸缩刚度折减系数取0.3;对不同部件进行强度检算时应首先确定其最不利断轨位置。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道施工布板计算模型研究

为了实现施工布板数据处理的智能化,提高CRTSⅢ无砟轨道结构的适应性和推广应用范围,对CRTSⅢ无砟轨道施工布板计算中关键技术进行研究,建立通用的施工布板计算模型。该计算模型首先根据CRTSⅢ轨道结构断面中主要存在的3个不同倾斜度定义3个基准面,即钢轨顶面基准面、板顶面基准面以及承轨台基准面。再通过定义的基准面定义3个基准点,根据断面点与基准点的相对几何关系,建立特定的横断面模型。任意里程处任意断面点理论坐标计算时,先计算出基准点坐标,再根据横断面模型计算断面点坐标。采用上述模型研制的"CRTSⅢ型板式无砟轨道布板设计与定位测量系统"施工布板模块具有横断面模型的建立与参数计算功能,可用于CRTSⅢ型板式无砟轨道系统建造时自动计算各类结构层放样数据,包括支撑层、底座板钢模板及轨道板边线放样及精调理论数据计算,还可以进行轨道板灌注后复测评估,实现CRTSⅢ轨道板施工布板计算的智能化。     

钢轨支撑架方式对橡胶垫浮置板减振效果的影响

结合地铁橡胶垫浮置板施工时钢轨支撑架的设置方式对轨道隔振效果的影响问题,建立橡胶垫浮置板轨道的三维有限元动力学分析模型,并分析几种工况下钢轨、混凝土板、轨道基础的振动情况。根据分析结果得出,支撑架立杆下垫支铁垫板的方法对橡胶垫浮置板轨道运营后的隔振效果影响不利,因此对钢轨支撑架的设置方法进行了改进,采用不影响减振效果的橡胶垫钻孔方法设置钢轨支撑架立杆,取得了成功。     

单元板式无砟轨道结构轨道板温度翘曲变形研究

根据单元板式无砟轨道不同施工工艺和结构受力特点,采用弹性点支承梁模拟钢轨,用实体单元模拟无砟轨道各结构层;砂浆填充层采用灌注袋法施工时,轨道板和砂浆填充层之间按接触单元处理;砂浆填充层采用模筑法施工时,轨道板和砂浆填充层之间按黏结方法处理;建立相应有限元模型,进行轨道板温度翘曲变形研究。结果表明:砂浆填充层采用灌注砂浆袋法施工时,轨道板在温度梯度荷载作用下产生的翘曲变形大于模筑法施工;采用模筑法施工砂浆填充层时,轨道板的翘曲变形随上下表面温差幅值的变化呈线性关系;而采用灌注砂浆袋法施工砂浆填充层时,轨道板的翘曲变形随上下表面温差幅值的变化呈非线性关系,温差越大,轨道板翘曲变形的变化幅度越大。有限元模型计算的结果与环形铁道轨道板的翘曲变形实测结果基本吻合,验证了模型的合理性和可靠性。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道抬轨更换轨道板施工参数研究

在CRTSⅡ型板式无砟轨道进行抬轨更换轨道板施工过程中,需选择合理的作业轨温、抬升方式、扣件松开范围等施工参数,以避免施工中钢轨失稳和弯折及扣件损伤。针对该问题,建立钢轨抬升模型,计算分析钢轨抬升过程中不同施工参数对钢轨失稳、钢轨及钢轨扣件受力与变形的影响,总结相关规律并提出合理的施工参数。结果表明,钢轨抬升施工时,抬升间距建议为7.2 m;温差超过20℃可适当增大两抬升点间距。钢轨的抬升量为10 cm时,扣件的松开范围宜为51组扣件,抬轨量每增加1 cm,扣件松开范围宜增加1组扣件;当温差超过20℃时,可适当按照温差每增加1℃,扣件松开数量减少2组扣件进行施工。     

城市轨道交通大坡道及小半径曲线地段轨道结构受力和变形特性分析

采用有限元法建立了大坡道及小半径曲线地段的长枕埋入式轨道和浮置板轨道结构模型,分析列车紧急制动下坡通过曲线时的钢轨受力、轨道结构底部支反力及轨道板的位移。结果表明:浮置板轨道结构的钢轨纵向力大于长枕埋入式轨道钢轨纵向力;长枕埋入式轨道结构底部纵向支反力大于浮置板轨道隔振弹簧的纵向支反力,垂向支反力小于浮置板隔振弹簧垂向支反力。列车转向架处于浮置板两端时会引起轨道板垂向位移增大,对剪力铰影响较大;纵向位移自列车荷载作用处向浮置板两端递减,纵向位移最大值约为0.30 mm;列车通过曲线时易引起浮置板向外轨方向发生横向位移和倾斜。