框架优化型Ⅲc轨枕道床横向阻力试验研究

为对标准Ⅲc型轨枕进行外形优化及揭示轨枕优化前后道床横向阻力特性,针对Ⅲc型轨枕特定部位增设混凝土加宽（加厚）块,形成3种框架式轨枕,结合道床横向阻力测试实验,分析对比不同道床断面形式下（砟肩宽度300 mm堆高0 m;砟肩宽度500 mm堆高0 m;砟肩宽度500 mm堆高150 m）各框架轨枕与标准Ⅲc型轨枕道床横向阻力数值.研究结果表明:在不同道床断面型式下,各型框架轨枕均能有效增大道床横向阻力,相较于标准Ⅲc型轨枕,A型框架轨枕（轨枕承轨台双翼缘型）可提升道床横向阻力37.8%~50.8%,B型框架轨枕（枕中截面十字型）可提升道床横向阻力25.5%~41.0%,C型框架轨枕（轨枕承轨台下底部加厚型）可提升道床横向阻力13.3%~23.0%.      

钢棒加强式轨枕道床的纵横向阻力试验研究

为了探究钢棒加强式轨枕的纵横向阻力机理、分担以及钢棒插入深度和砟肩宽度的影响规律，为川藏铁路长大坡道韧性和稳定性增强提供新方法，通过进行一系列纵横向阻力试验得到了钢棒加强式轨枕纵横向阻力的总体特性和分担情况；通过改变钢棒插入深度和砟肩宽度探究了两者对钢棒加强式轨枕纵横向阻力的影响规律. 结果表明:与普通轨枕相比，钢棒加强式轨枕的纵横向阻力都有提高，当砟肩宽度为500 mm，堆高为0，钢棒插入深度为400 mm时，钢棒加强式轨枕纵横向阻力比肩宽为500 mm、堆高为150 mm条件下普通轨枕分别高39.2%和53.7%，枕底部分横向阻力分担比普通轨枕提升8%，纵向阻力提升26%；钢棒插入深度对道床阻力影响较大，在砟肩宽度为500 mm、堆高为0 时，插入深度由100 mm变至400 mm，相较于普通轨枕肩宽为500 mm、堆高为150 mm的工况，纵向阻力增幅由5.1%变至39.2%，横向阻力增幅由6.1%变至53.7%；砟肩宽度变化时，纵向阻力变化较小，横向阻力变化较大.      

高速铁路有砟道床横向阻力特性与固化技术

高速铁路有砟道床存在发生飞砟的可能性,且飞砟概率随着砟肩堆高增加而增加,因此部分国家降低砟肩堆高,甚至采用平肩结构,但随之会引起道床阻力降低. 通过研究砟肩堆高对道床阻力的影响,同时在此基础上,提出了聚氨酯局部固化方案,包含枕心固化和枕端固化,均在增加平肩式道床横向阻力的同时不影响捣固维修作业. 道床横向阻力试验结果表明:与砟肩堆高150 mm相比,采用平肩式道床横向阻力降低30%;喷涂200 mm和300 mm聚氨酯的情况下,采用枕端固化的道床横向阻力分别可提高阻力约41%、60%,枕心固化可分别提高约31%、40%,综合固化（枕心和枕端固化同时采用）可提高阻力约70%、100%.      

有砟道床梯形轨枕横向阻力试验与构成分析

梯形轨枕具有稳定性好、振动小的优点,并能减弱传递给轨道的动荷载,使得梯形轨枕在高速铁路、重载铁路、城市轨道交通中均有较好表现,但是其横向阻力一直未进行系统试验研究. 本文研究了不同砟肩宽度（200、300、400、500 mm）梯型轨枕道床横向阻力,分析了阻力构成,并与Ⅲc型轨枕对比. 结果表明,在砟肩宽度均为500 mm道床上,平肩式梯形轨枕与平肩式及砟肩堆高150 mm、Ⅲc型轨枕相比,阻力分别提升了约55%、14%,并且,平肩式道床砟肩宽度由200 mm增加至500 mm过程中,梯形轨枕道床横向阻力无明显增长,其横向阻力主要由3部分构成,其中轨枕底面与道床摩擦提供约34%,枕心部位提供约47%,轨枕端部提供约19%. 试验表明,采用梯形轨枕,可选用较小截面尺寸的道床,从而大幅节约建设用地及道砟用量.      

摩擦型轨枕道床的横向阻力研究

川藏铁路有砟道床断面尺寸受限，所处环境地震多发、日温差大且变化剧烈，这些情况容易导致横向阻力不足，对无缝线路稳定性和震区轨道韧性提出挑战. 为合理设计轨枕底部设有箭头型凹槽的摩擦型轨枕，并量化其提升无缝线路稳定性与韧性，采用道床横向阻力试验，测量摩擦型轨枕对道床横向阻力增幅情况；合理设计并优化了轨枕底部凹槽，制作了3种不同箭头型凹槽，除去凹槽排列方式不同外，箭头型凹槽面积、尺寸完全一致；并且验证砟肩宽度减小情况下摩擦型轨枕提供的横向阻力是否可以满足川藏铁路运维要求. 结果表明:各型摩擦型轨枕均可增大道床横向阻力，可最少提升横向阻力7%，最高提升21%；单向箭头型双向阻力存在较大阻力值差异，相比于普通轨枕顺向可增大7%，逆向可增大24%，因此在曲线地段铺设时候，应严格注意铺设方向；砟肩宽度由50 cm降低到30 cm，采用单向箭头型轨枕逆向仍然可达到Ⅲ型轨枕砟肩宽度50 cm横向阻力值.      

胶粘道床横向阻力特性试验和离散元分析

为揭示胶粘道床横向阻力的工作机理,在高速铁路胶粘道床路段进行了横向阻力现场试验.分析了胶粘道床横向阻力的变化特征;利用离散元软件PFC3D(particle flow code in 3 dimensions)建立了胶粘道床三维模型,对胶粘道床内部接触力、应力进行了统计分析.研究结果表明:用胶状态下胶粘道床横向阻力值是有砟道床规范值的4.6倍,横向阻力提升显著;胶粘道床在提升横向阻力的同时,轨枕-道砟接触点压力值最大为1.2 KN,平均值为112.48 N,道砟仍处于良好的受力状态;道床全断面粘结时应保证枕下26 cm范围道砟胶喷涂的充分和均匀,以确保道床粘结效果的发挥;胶粘道床不同位置对横向阻力的分担比相对于有砟道床变化明显,胶粘道床枕侧承担63%、枕底承担24%、砟肩承担13%.     

道床阻力区域分布及退化对钢轨纵向力的影响

为深入探索有砟道床阻力演变对桥上无缝线路力学行为的影响,针对路基地段与桥上道床纵、横向阻力开展试验研究.以一座铁路常用双线特大连续梁桥为例,获得了桥上线路阻力分布特征,并提出实际道床在服役过程中存在局部阻力退化现象.在此基础上,建立了可考虑道床阻力非均匀分布与退化效应的桥上无缝线路纵向力学行为分析模型,开展了道床阻力分布及退化对大跨桥上无缝线路力学行为的影响分析.研究结果表明:桥上道床纵向阻力区域分布差异显著,桥跨中部纵向阻力值最大,阻力值为31.8 k N/枕,梁缝附近道床纵向阻力相对较小,阻力值为21.7 k N/枕,阻力退化效应明显;桥上道床横向阻力分布同样表现出一定区域分布特征,但退化效应并不明显,桥跨中部与梁缝处阻力值分别为31.7、25.5 k N/枕;由于受到温度荷载作用下梁体伸缩、列车动荷载作用下桥梁产生振动变位和梁端转角的影响,散体道床始终处于拉伸压缩的动态变化过程中,道床阻力表现出明显的退化特性;考虑道床阻力退化效应时,温度荷载作用下的钢轨伸缩附加力、钢轨位移、梁轨相对位移值有一定衰减,当桥梁温度跨度为140 m时,钢轨纵向附加力最大值减小约11.7%,且衰减率随着温度跨度的增加近似呈线性增长,按现有规范计算方法得到的梁轨相互作用结果偏大.     

循环荷载作用下铁路道床的离散元分析

为研究高速有砟道床中存在的累积沉降变化规律,通过PFC离散元软件,建立一定级配的高速铁路散粒体有砟道床的三维离散元模型.选取循环荷载频率分别为5,10,20,30 Hz,荷载幅值为3,5 kN,共8种荷载工况进行数值模拟,分析了道床力学性能,探讨了循环荷载的频率和振幅对道床沉降的影响.研究结果表明:循环荷载频率不超过20 Hz时,荷载频率对道床的沉降量及沉降速率的影响较小;循环荷载频率30 Hz时,其对道床的沉降量及沉降速率的影响显著增大;循环荷载幅值越大,道床的沉降量、沉降速率越大;循环荷载频率越大,道床的垂向刚度越大.     

列车荷载下考虑道床裂纹的无砟轨道受力特性

为研究道床裂纹对无砟轨道受力的影响,根据道床裂纹的特点,基于线弹性断裂力学理论,构造20节点六面体奇异等参单元反映裂纹尖端奇异,建立含裂纹的无砟轨道空间有限元模型,分析无砟轨道的受力特性.结果表明:道床裂纹对钢轨和道床板垂向位移影响较小,对道床板中上部混凝土及钢筋受力的影响不明显,道床下层钢筋应力在裂纹处发生突变,静态和动态裂纹宽度基本相同;对于道床底面60 mm等深裂纹,在列车荷载作用下,裂纹处钢筋应力增大为未开裂时的2倍左右,裂纹张开0.017 mm.     

基于离散元分析的高速铁路桥上轨枕选型

为合理选择高速铁路桥上有砟轨道轨枕形式,在轨枕形式的综合调研基础上,采用PFC 3D离散元软件,建立了Ⅲ型轨枕、宽轨枕、梯子式轨枕和框架型轨枕的轨枕-道床模型,对高速铁路桥上有砟轨道结构进行了数值分析.结果表明:4种轨枕都具有较大的轨道框架刚度,具备持久保持轨道几何形位和稳定性的能力;宽轨枕和框架型轨枕与道床的接触力分布较均匀,最大接触力也较小,比Ⅲ型轨枕更适用于高速铁路桥上有砟轨道结构.但考虑到框架型轨枕的优势不明显以及尚未开发相应的养护维修设备,建议高速铁路桥上有砟轨道采用宽轨枕.      

弹射冲击荷载下重载铁路路基动位移空间分布特征

为研究军用重载铁路路基动响应空间分布特征,通过高度非线性分析程序ANSYS/LS-DYNA3D建立了重载铁路轨道-路基-地基三维显式动力分析模型,并引入三维一致黏弹性人工边界;采用梯形冲击荷载模拟弹射冲击,探讨了不同幅值(150～600 kN)的弹射冲击荷载作用时重载铁路路基系统动位移的空间分布特征,通过Boussinesq弹性理论与林绣贤多层系统当量理论验证了数值模型的可靠性. 结果分析表明:当作用在轨道上的弹射荷载开始进入卸载状态时,路基系统的竖向动位移达到最大值;结束卸载时,道床顶面存在一定量的残余变形,且残余变形随荷载幅值增长呈线性增长,增长速率约为0.60 × 10?2 mm/kN;在不同荷载幅值下路基动位移沿线路横、纵向均呈对称分布,动位移沿竖向近似呈直线型衰减,且衰减速率随着荷载幅值的增加而增大;荷载幅值越大,路基动位移的轮对效应及道床和基床对钢轨动力的分担作用均越来越显著;路基的动位移峰值与荷载幅值大致呈线性关系,道床顶面的动位移峰值随荷载幅值增长最快,增长速率约为1.27 × 10?2 mm/kN,基床表层与基床底层次之,增长速率分别约为1.23 × 10?2、1.20 × 10?2 mm/kN,路基本体增长最慢,增长速率约为1.10 × 10?2 mm/kN.      

循环荷载作用下道砟破碎老化的离散元仿真

为从细观力学上反映道砟与轨枕的相互作用机理以及道砟颗粒的破裂过程,建立了道砟-轨枕离散单元模型,对循环荷载作用下道砟破碎老化进行了仿真.道砟由不规则圆盘簇组成,分为不可破裂与可破裂颗粒,并施加单调荷载和循环荷载.结果表明:相同荷载下,加载时轨枕与道砟的接触力大于卸载时;破碎道砟颗粒集中在轨枕下方,道砟颗粒破裂产生的沉降是造成轨枕沉降的主要原因,沉降量随道砟颗粒强度的降低而增大.     

6号对称道岔脱轨机理及影响因素

编组场内使用的主型6号对称道岔发生多起脱轨事故，其安全问题一致未得到有效解决. 为探索脱轨原因、提出合理应对措施，首先基于准静态轮轨接触理论分析道岔区轮轨接触特征，进而建立车辆-道岔耦合动力学模型，以车轮动态抬升量为评价指标分析车辆、轨道、道岔结构参数对爬轨性能的影响特性. 结果表明:轮缘贴靠尖轨尖端时接触角仅为53°，脱轨系数临界值不足0.73，是导致6号对称道岔脱轨风险较高的根本原因；尖轨顶宽5 mm处降低值由14 mm减至10 mm、转辙角由1.1° 降至0.9°、无轨撑扣件的垫板刚度由150 kN/mm降至50 kN/mm等措施，均可使得车轮抬升量保持在3 mm以下；道岔前端设置长度不小于3 m直线段、保持良好的轴箱定位状态、尖轨侧面摩擦系数保持在0.3以下也有利于防止脱轨事故发生.      

Dynamic Response of Elastic Sleeper Ballasted Track on Bridge

A vehicle-track-bridge coupling dynamics model was built based on the theory of vehicle-track coupling dynamics. Using this model, a comparison was made between the dynamic response of an elastic sleeper ballasted track and a common sleeper ballasted track on bridge under the same working conditions. The results show that laying elastic sleepers on the bridge could solve the problem of large track stiffness caused by a thin ballast thickness, and improve the dynamic response of the bridge. This is beneficial to train operation safety and riding comfort.