现代有轨电车轨道路基联合优化分析

为得到有轨电车典型轨道路基最优设计参数组合,采用大型有限元分析软件ANSYS建立轨道路基空间耦合模型,运用正交试验方法研究扣件刚度、轨道板厚度、支承层厚度、基床总厚度、基床压实指标K_(30)这5种因素对轨道路基的受力和变形分布规律的影响。根据极差分析方法,确定影响轨道路基设计方案技术性指标和经济性指标的因素重要性次序,同时以基床总厚度为指标对比分析轨道路基联合设计方法与传统路基设计方法之间的区别。结果表明:采用轨道路基联合设计方法得到的轨道路基方案较传统单独设计方法获得的方案更加经济合理;综合考虑轨道路基设计的技术性指标和经济性指标,确定最佳轨道路基设计方案为扣件刚度40 k N/mm、轨道板厚度0.2 m、支承层厚度0.4 m、基床总厚度0.8 m、基床压实指标K_(30)(110 MPa/m)。     

现代有轨电车嵌入式轨道路基联合优化分析

为建立更加经济合理的有轨电车嵌入式轨道路基共同受力模式,获得最佳参数组合,分别建立承轨槽有限元模型和弹性点支承轨道模型,通过数据拟合得到高分子填充材料与等效扣件刚度之间的关系,建立嵌入式轨道路基有限元模型,采用正交试验方法研究道床板厚度、高分子填充材料弹性模量、基床表层弹性模量、基床底层弹性模量、基床表层厚度、基床底层厚度这6种因素对嵌入式轨道路基一体化共同受力和变形分布规律的影响。研究结果表明:综合考虑嵌入式轨道路基设计的技术性指标和经济性指标、极差分析结果和路基基床动应力要求,确定最佳嵌入式轨道路基设计方案为道床板厚度0.18m,高分子材料弹性模量7 MPa,基床表层弹性模量140 MPa,基床底层弹性模量90 MPa,基床表层厚度0.3 m,基床底层厚度0.6 m。     

重载铁路桥上无砟轨道扣件关键参数研究

研究目的:为研究重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统关键设计参数取值,本文基于弹性地基梁理论和车辆-轨道耦合动力学理论,建立32.5 t轴重重载货车-长枕埋入式无砟轨道-桥梁垂向耦合动力学模型,分析扣件刚度、扣件间距对重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道静、动力学性能的影响规律,提出重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统设计参数取值。研究结论:(1)钢轨垂向位移和钢轨轨底应力随扣件系统刚度的增大而减小,车体垂向振动加速度、轮重减载率、轮轨力和桥梁垂向振动加速度随扣件系统刚度的增大而增大;(2)钢轨垂向位移、钢轨轨底应力、车体垂向振动加速度、轮重减载率和桥梁垂向振动加速度随扣件间距的增大而增大,但轮轨垂向力随之减小;(3)综合考虑轨道变形以及工程造价,建议重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统的静刚度取为40～60 k N/mm,扣件系统的动刚度取为80～100 k N/mm,扣件间距取为0.6～0.65 m;(4)本研究成果可为重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道结构设计提供参考。     

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。     

轨道交通橡胶浮置板式轨道结构动力设计参数研究

利用车辆多刚体动力学与浮置板轨道段组合单元的车轨系统竖向振动分析模型,研究车辆移动荷载作用下浮置板厚度、轨下扣件刚度、橡胶支座刚度对轨道结构竖向振动的影响.在此基础上,提出浮置板厚度、轨下扣件刚度、橡胶支座刚度的合理取值范围.研究结果表明:随着浮置板的厚度增加,浮置板的位移和加速度呈下降趋势,橡胶支座反力则增大,但对钢轨的影响不大,浮置板厚度应取为0.3～0.5 m较合适;轨下扣件刚度对钢轨和轮轨竖向作用力影响较大,对浮置板影响很小,轨下扣件刚度应取较小值,以40 MN/m为宜;橡胶支座刚度对浮置板和钢轨的动力学响应及橡胶支座反力和轮轨竖向作用力都有很大影响,橡胶支座刚度应优选20 MN/m左右较合理.     

高速铁路大跨度钢桥上树脂枕轨道方案研究

研究目的:为了研究树脂轨枕应用于高速铁路大跨度钢桥上的可行性,采用有限元方法建立树脂枕轨道结构模型,根据钢轨位移、应力、弯矩、扣件安装空间以及轨枕与桥梁间的连接空间等方面的要求,对树脂轨枕的高度、宽度、长度、支承间距、缓冲垫层刚度等进行分析研究,提出适合高速铁路大跨度钢桥上树脂轨枕的合理参数取值。研究结论:(1)轨枕宽度主要取决于其经济性和扣件安装空间,取200~300 mm即可满足轨道使用的力学要求;(2)轨枕高度对轨枕弯曲应力有较大影响,为保证部件可靠性,建议轨枕高度取210 mm及以上;(3)枕下横向支点间距对轨道刚度、轨枕弯矩、动态轨距变化量影响很大,树脂轨枕的支点应尽量贴近钢轨中心线,避免轨枕支点力作用在两支点间的悬空部分;(4)枕下缓冲垫层刚度对轨道垂向位移影响较大,为了防止轨枕的垂向位移过大,垫层刚度应保证在750 kN/mm及以上;(5)该研究结果可应用于高速铁路大跨度桥上轻型轨道结构设计中,为类似工程提供参考。     

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。     

移动荷载作用下路基上板式轨道动力学特性分析

利用ANSYS软件分别建立了轨道板与混凝土底座对缝及错缝布置的板式轨道结构有限元模型,研究了在各种速度的移动荷载作用下两种轨道布置方式的动力学响应以及路基刚度对轨道的影响。研究结果表明:对于两种布置方式,钢轨位移和钢轨支点压力差别较小;CA砂浆动应力和轨道板垂向位移有一定的差别;路基表面动应力和路基面垂向位移差别较大。     

中低速磁浮低置结构路基基床关键技术研究

为了确定基床合理的技术参数,完善其技术标准,对时速200 km及以下的中低速磁浮低置结构路基基床关键技术进行理论分析研究,采用布什理论明确动荷载影响深度,采用动变形、临界动应变控制指标明确不同基床填料所需的最小变形模量,据此进一步明确了基床结构、厚度、填料及其压实标准,并与现有技术标准进行对比。研究结论如下:(1)低置结构路基基床厚度可取为1.5 m,按两层结构设计,基床表层厚为0.3 m,基床底层厚为1.2 m;(2)基床表层采用级配碎石或A组填料填筑,压实系数不宜小于0.95,地基系数K_(30)不小于150 MPa/m;基床底层采用A、B组填料或改良土填筑,压实系数不小于0.93, A、B组填料地基系数K_(30)不小于130 MPa/m,改良土填料地基系数K_(30)不小于100 MPa/m;(3)本文研究成果与现行应用成果相比,基床结构尺寸、压实标准等进行了合理减小或降低,其设计结果更为合理,也较为经济。     

重载铁路路基基床结构设计研究

研究目的:目前我国重载铁路路基厚度的设计依据现行高速铁路路基设计规范,但重载列车与高速列车作用下路基的工作机理存在较大差异。为此,本文根据弹性理论建立轨道-路基三维有限元模型,分析不同荷载水平和基床结构形式下路基动应力分布和衰减规律,提出用动强度控制设计方法确定不同轴重下重载铁路路基基床厚度。研究结论:(1)重载铁路荷载条件下,由于需要考虑轮轴的叠加效应,路基动应力衰减速率明显减小;(2)依据现行重载铁路设计方法得到的路基设计厚度处的动应力与自重应力之比为0.3~0.5,不满足设计要求;(3)采用动强度设计原则,25 t轴重下的基床整体厚度为2.1~2.3 m,30 t轴重下的基床整体厚度为2.8~2.9 m,35 t轴重下的基床整体厚度为3.2~3.3 m;(4)该结论可为重载铁路路基基床结构设计提供参考。     

减振扣件与弹性道床垫组合减振关键参数研究

研究目的:减振扣件与弹性道床垫组合减振轨道的特点是在钢轨下和道床下同时设置减振层,轨道板厚度、扣件刚度、弹性道床垫刚度是影响列车运行品质和组合减振轨道减振性能的关键动力学参数。本文采用三维车辆-轨道耦合动力学计算模型,研究组合减振轨道关键动力学参数变化对车辆系统、轨道系统动力学性能及减振性能的影响规律。研究结论:(1)轨道板质量对各动力学指标的影响相对较小,轨道板的设计应以轨道基础预留空间和板自身的强度、耐久性要求作为控制指标;(2)与弹性道床垫配合使用的减振扣件系统的垂向刚度应大于15 k N/mm;(3)轨道板下垫层刚度取值应大于13 k N/mm3;(4)设计中宜适当提高扣件刚度,当弹性道床垫老化失去部分弹性功能后,可通过提高扣件弹性使其减振性能长期满足环保要求;(5)综合上述规律,提出了减振性能可达12 d B的扣件与弹性道床垫组合减振轨道的关键动力学参数取值方案,可为组合减振轨道的设计提供理论支持。     

钢轨重型化对轮轨系统动力响应及动力传递的影响

运用能量法建立车辆—轨道耦合动力学模型,结合大秦线轨道结构力学参数,分别计算分析了45,50,60和75 kg/m共4种钢轨支承下轮轨系统各结构的动力响应,研究钢轨重型化对轮轨系统动力特性的影响。研究发现:钢轨重型化对车辆系统的动力响应影响较小,而对轨道结构和路基的影响显著;随着钢轨质量及抗弯刚度的增大,车体位移、车轮加速度、轮轨力、钢轨位移、扣件力、轨枕振动位移及枕下支承力降低,车体加速度、钢轨加速度先增大后减小,轨枕加速度增加。     

扣件刚度对轨道及饱和地基振动响应的影响

研究目的:修建于我国沿海软土地区的铁路受地基特性的影响在列车高速运行时会产生较大振动,控制列车运行引起的轨道系统及地基振动响应能够有效提高列车的平稳性、舒适性,并减少对周边环境的影响。本文采用轨道系统-饱和地基耦合模型研究饱和地基上轨道系统的振动特性,探讨扣件刚度的选取对轨道振动响应的影响。研究结论:(1)扣件刚度对钢轨位移和加速度响应均有明显影响;(2)增大扣件刚度能够有效减少钢轨的位移响应;(3)增大扣件刚度能够降低低速列车的钢轨加速度响应,但高速列车引起的钢轨加速度响应随扣件刚度的增大有所增加;(4)本研究结论可为认识交通活动中振动现象的本质、解决饱和软土地区列车和环境振动问题、优化轨道系统设计和施工提供理论指导。     

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。     

循环载荷作用下基床力学特性对道床影响的动态模型试验研究

针对既有线提速改造及高速客运专线设计与施工中遇到的轨道与路基参数的合理匹配问题,以室内动载模型试验研究为依托,配制6组不同密实度的土样,对轨道与路基结构进行了动应力、弹性变形、塑性变形、反应模量等项目的测试,并通过不同压实系数下模型试验测试结果的对比分析,得出基床、道床弹塑性变形以及反应模量的变化趋势,探讨了轨道与路基结构地基系数、压实系数及动静刚度等参数之间的发展规律,提出基床对道床影响的临界值,即:基床压实度为0.93时,基床临界动刚度值为75 MPa/m,基床临界动弹性变形为1.5mm,道床的临界动刚度值为110 kN/mm。对基床与道床参数匹配及相互动力作用的规律研究,为既有线提速改造及新线轨道与路基结构参数设计具有重要意义。     

重载铁路路基荷载特征和路基动力响应分析

研究目的:近年来,重载铁路因其经济性较好在我国广泛建设,重载铁路路基基床承受重载列车动荷载作用较大,为了更好地分析重载铁路动荷载对路基病害诱发的影响,进一步优化重载铁路路基基床厚度结构设计,本文利用三维有限元对道砟厚度、基床表层厚度、基床表层模量、轴重等因素对重载铁路路基动应力特征和基床范围内动应力的传递分布影响进行仔细的研究。研究结论:通过数值计算和与既有重载铁路实测动应力比较分析得出以下结论:(1)路基中竖向动应力随着轴重、道床厚度、表层厚度和表层模量的变化规律为:路基基床中的竖向动应力随着轴重的增大而增大,随着道床厚度增大而减小,而基床表层模量和基床表层厚度对竖向动应力影响较小;(2)重载铁路30 t轴重相对于普通铁路23 t轴重增加约30%,而增加道床厚度可显著减小其动应力,50 cm较35 cm道床厚度各部位动应力减小约20%;(3)计算得出重载铁路路基动应力的合理数值模型和相关参数,为重载铁路路基基床厚度结构设计提供了合理的计算方法。     

长沙磁浮快线低置结构关键技术标准优化研究

长沙磁浮快线低置结构技术标准主要包括轨道梁结构和路基工程两方面内容,其中轨道梁的梁型、防错台构造、垫层以及路基工程的路基面宽度、基床厚度、线间排水等关键技术标准存在一些问题,主要表现为存在技术缺陷、设计偏于保守、工程投资偏高等。针对这些问题进行理论分析和研究,并提出优化措施。研究成果及结论为:(1)低置结构轨道梁宜采用U形梁,轨道梁节间伸缩缝处宜采用传力杆防错台措施,轨道梁基底宜设置碎石垫层,施工时可掺5%水泥填筑;(2)路肩宽度一般取为1.5 m,当两侧路肩有信号灯等站后设备时,可局部加宽路基面;(3)路基基床厚度可采用1.8 m,其中基床表层厚度为0.3 m,基床底层厚度为1.5 m;(4)线间汇水宜利用轨道梁上部梁体的节间缝进行排水,同时线间回填层顶面应做好防排水措施。     

现代有轨电车无砟轨道的路基设计探讨

现代有轨电车无砟轨道路基与传统的有砟轨道路基、客运专线无砟轨道路基相比,有一定的差别。结合工程设计经验,从路基面、基床厚度及填料要求、沉降要求、排水方面对现代有轨电车路基设计进行分析与论述,对无砟轨道路基结构进行计算分析,量化基床厚度、基床表层厚度、基床底层厚等技术指标,可为其他新建有轨电车工程设计提供参考。     

35～40 t轴重重载铁路有砟轨道结构方案及试验研究

基于国外重载铁路现状,并结合前期研究成果,提出了35～40 t轴重重载铁路有砟轨道结构方案。在高速铁路轨道技术国家重点实验室铺设了有砟轨道实尺模型,通过轨道结构刚度试验、荷载垂向传递试验获得了35～40 t轴重有砟轨道的轨道刚度、枕上支点压力、枕下0.55 m和0.95 m位置基床压应力;通过钢轨倾翻试验得知轨道结构在垂向荷载400 kN、横向荷载165 kN同时作用下,重载扣件安全可靠,轨道结构稳定,验证了该轨道结构具有良好的防钢轨倾翻性能;通过轨枕荷载弯矩试验验证了重载轨枕在垂向荷载单独作用、垂向和横向荷载耦合作用等不同的荷载组合工况下,轨下截面弯矩以及枕中截面弯矩均有一定的安全余量,轨枕强度能够满足35～40 t轴重铁路的承载要求。     

高铁列车动载作用下路基动力特性及累积变形规律研究

为探索列车动载作用下路基的动力特性及累积变形规律,依托沪宁城际铁路工程背景,首先结合现场测试数据对路基沉降超限的原因进行分析,然后建立列车-轨道-路基耦合振动系统三维数值模型,对影响路基动力特性的影响因素(列车速度、基床厚度和刚度、行车方式)进行分析,最后结合室内足尺模型试验,对振动40万次的基床累积变形规律进行分析。结果表明:列车动载作用是运营期路基沉降超限的主要原因之一;列车速度、基床厚度和刚度、行车方式等因素对基床的动应力和动位移均有影响;路基的累积变形随循环加载次数增加而变大,最初振动5万次累积变形增长迅速,而后近似按照线性缓慢发展,振动40万次时的累积变形值为0.78 mm,影响深度约为5 m。