京沪高速铁路轨道动静态几何状态变化分析

阐述京沪高速铁路轨道动静态几何状态变化规律、轨道不平顺谱变化特点,以及路基、隧道、桥梁和过渡段等轨道特征区段不平顺变化规律;对比分析轨道特征区段轨道不平顺波形,提出对高速铁路线路的调节器、有砟和无砟轨道过渡段、引桥简支梁梁端线路加强检查和维修养护等建议。     

高速铁路无砟轨道不平顺谱的比较分析

从功率谱密度、时间样本和动力影响角度,对中国高速铁路无砟轨道不平顺谱进行分析,并与德国高速铁路轨道谱进行比较。结果表明:中国高速铁路无砟轨道高低和方向不平顺谱均明显优于德国高速铁路低干扰轨道谱,更优于其高干扰谱,尤其在10~100 m波长范围;不同线路状态的中国高速铁路无砟轨道水平和轨距不平顺谱与德国高速铁路水平和轨距不平顺谱在不同波长范围内各有优劣,除90%百分位数谱外,在中长波范围内,中国高速铁路无砟轨道水平和轨距不平顺谱优于德国高速铁路轨道谱;从时间样本来看,中国高速铁路无砟轨道不平顺谱幅值明显小于德国高速铁路低干扰和高干扰轨道谱;相同运营条件下,中国高速铁路无砟轨道不平顺谱对行车动力性能的影响最小,德国高速铁路低干扰轨道谱的影响次之,其高干扰谱的影响最大。由此可见,中国高速铁路无砟轨道几何状态优良,在其不平顺谱激扰作用下,高速车辆运行的轮轨动力学性能优秀。     

高速铁路无砟轨道整治效果评估方法探讨

轨道系统的服役状态直接影响高速列车的安全、平稳运行。随着无砟轨道结构的大量投入使用,无砟轨道病害成为影响线路平顺性和稳定性的主要因素之一。目前病害的整治措施有很多,但如何对整治效果进行有效的评估是日常维护工作的难点之一。结合目前我国高速铁路无砟轨道结构存在的几种主要病害和整治方法,对轨道动态检测、光纤传感监测和地质雷达无损检测3种整治评估方法进行介绍和对比,为整治评估方法在高速铁路无砟轨道上的推广应用提供参考。     

考虑波长因素的高铁无砟轨道不平顺分形分析

保证无砟轨道几何形位服役状态是高速铁路线路养护维修的核心内容,轨道不平顺波长因素直接影响列车运营舒适性.采用分形尺码法对无砟轨道不平顺的分形特征进行分析,讨论分形维数表征轨道不平顺短波、中波和长波的能力,确定分形维数对应的波长范围.对某高铁线路实测200 m区段长度的高低和轨向不平顺样本进行分析,研究不同波段分形维数对应波长尺码的稳定性.研究结果表明:无砟轨道不平顺的分形维数可分为3个波长区间,即D1(0.135～2.16 m),D2(4.32～17.28 m)和D3(34.56～138.24 m);分形维数对应波长尺码具有较好地稳定性;采用分形维数指标可以有效地对区段轨道不平顺的波长进行定量化评定.     

高速铁路有砟轨道不平顺的解决方法

高速铁路高低和轨向不平顺直接影响列车运行安全性和舒适性。从高速铁路有砟轨道平顺性检测内容、影响轨道平顺性的主要指标和根据TQI值确定线路综合维修任务方面论述确定高速铁路有砟轨道不平顺区段;针对线路平纵断面偏差数据采集,从测量设站原则、设站精度要求和数据采集间隔要求方面进行阐述;从平纵断面优化原理、平纵断面起拨道量计算、实测数据优化处理和确定维修作业数据方面分析起拨道量数据优化处理,并对现场实际应用的作业条件、作业数据和作业效果进行分析。     

基于动静态检测数据的轨道弹性状态评估及平顺性调整方法

轨道刚度检测是识别轨道弹性不良区段,评估轨道、桥梁和路基等结构动力性能的关键技术之一。为解决现有轨道弹性状态检测方法在检测效率与检测投入之间的不平衡,基于周期性动静态检测数据,提出基于动静态轨道几何不平顺差异的轨道弹性状态检测方法。此外,为解决弹性不良区段静态调整与有载不平顺不匹配问题,充分发挥动态检测数据的作用,提出基于动态数据的轨道弹性不良区段平顺性调整方法。通过刚度加载车试验和现场复核验证基于动静态高低不平顺峰值差来评判轨道弹性状态的有效性,在分析11条典型有砟轨道线路的动静态高低不平顺差异特征的基础上,提出动静态高低不平顺差超过2 mm的区段即可以判定存在轨道弹性不良病害。基于某条弹性不良线路区段的动态检测数据,采用本文提出的平顺性调整方法指导人工起道作业,结果表明动态高低不平顺幅值和标准差分别降低42%、51%,波长为32 m的周期性不平顺特征也得到明显改善。     

基于不平顺的CRTS Ⅱ型轨道板状态评价方法研究

研究目的:CRTSⅡ型轨道板在夏季高温天气易产生上拱变形,引起轨道板和砂浆层离缝及板间接缝伤损等病害,导致板长波段的轨道不平顺恶化,严重影响行车的舒适性和安全性。由于固定监测缺乏普适性,且成本较高,因此基于动态轨道不平顺检测数据间接监控轨道板状态具有一定的优势,本文研究提出细化轨道不平顺波长进行状态评估的方法,可有效地识别出存在轨道板变形伤损区段,较原有的评价方法在效率和准确性方面均有很大提高。研究结论:(1)由轨道不平顺时序波形、历史演变和频谱方法分析表明,轨道板拱起影响波长在5～6.5 m之间,部分高低峰值呈逐年增加趋势,说明部分结构状态逐年恶化;(2)通过有限元建模分析,运用相关系数和曲线拟合等方法,研究高低峰值和气温的关联关系,结果表明轨面高低峰值随温度的变化特性可以反映轨道板变形受温度影响的变化特性:轨道板变形与温度具有较强的相关性,呈现非线性增加特性;(3)设计滤波器提取轨道不平顺中的轨道板波长特征,进行合理分段处理,定义为轨道板状态指数,并根据统计特征得到评价阈值范围在0.5时,经地面复核测试可以识别出约为70%的病害位置;(4)本研究成果可为高速铁路轨道板结构状态评价和运营维护提供技术、理论和实践支撑。     

客运专线有砟轨道不平顺谱特性实测研究

结合合武客运专线有砟轨道不平顺检测数据,针对客运专线有砟轨道结构1~50 m波长范围内的不平顺特性开展实测分析。采用非周期图法对有砟轨道不平顺的功率谱密度函数进行估计;对半年内轨道不平顺功率谱的变化规律进行分析;对客运专线轨道不平顺功率谱值随波长的变化特性进行分析,并与当前国内外的通用谱进行对比分析;利用非线性最小二乘优化算法对客运专线有砟轨道结构的不平顺谱密度函数进行拟合,提出客运专线有砟轨道不平顺谱拟合公式。研究结果表明,温度变化对高低、轨向不平顺谱的影响非常显著;在分析波长范围内,大部分区段内的客运专线轨道不平顺功率谱值低于德国低干扰谱或者与德国低干扰谱相当,仅有小部分区段内高于德国低干扰谱。     

CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究

基于列车—轨道耦合动力学理论,考虑无砟轨道各部件间及无砟轨道与路基间接触状态非线性,建立列车—板式无砟轨道—路基三维非线性有限元耦合动力学模型,进行自重荷载、轨道中长波随机不平顺、轨道短波随机不平顺、路基不均匀沉降荷载、无砟轨道板温度梯度荷载共同作用下,高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基不均匀沉降限值研究。结果表明:无砟轨道板温度梯度荷载对无砟轨道各部件受力均有较明显的影响,因此在进行无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究时有必要同时考虑无砟轨道板温度梯度荷载的影响;路基上CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路的路基不均匀沉降限值由底座板疲劳破坏控制,路基不均匀沉降幅值达到7mm时无砟轨道底座板的最大拉力达到疲劳破坏限值1.674MPa,因此建议高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基的不均匀沉降限值为7mm/20m。     

无砟轨道长波高低不平顺管理标准的研究

研究目的:高速铁路要求轨道具有高平顺性,需要关注的波长也越来越长。目前,轨道长波高低不平顺的管理和评价还存在不足。因此,本文基于多体动力学理论和综合检测列车实测数据,初步探讨300~350 km/h高速铁路轨道长波高低不平顺管理标准和评价方法建议。研究结论:(1)综合分析仿真和实测数据波长和幅值的关联关系,建议300～350 km/h无砟轨道长波高低不平顺管理波长应扩展到150 m;(2)基于惯性测量原理,设计优化了综合检测车轨道检测滤波算法,实现了150 m截止波长高低不平顺的动态检测;(3)建议300～350 km/h高速铁路无砟轨道用70～150 m带通滤波不平顺方式来评价长波高低不平顺,使现场养修更有针对性;同时,提出了相应的幅值和均值管理标准建议值;(4)本研究结论可为后续轨道检测设备研发和工务养护维修等提供参考。     

有砟轨道与无砟轨道垂向振动纵向传递特性差异研究

有砟轨道-无砟轨道过渡段存在大量的轨道病害问题,静力学分析与时域内的动力学分析未发现两种轨道间的差异与轨道病害间的关系。根据建立的两种轨道力学模型对比分析两种轨道结构各频段的垂向振动纵向传递特性,得出:轨道垂向振动纵向传播距离与所受荷载激振频段有关。低频段(100 Hz以下),有砟轨道的振动传播距离小于无砟轨道。中频段(100~1 500 Hz),两种轨道的振动传播距离均大幅增加,且有砟轨道的传播距离小于无砟轨道。高频段(高于1 500 Hz),两种轨道纵向传播距离随激振频率增加迅速减小,且有砟轨道的振动传播距离大于无砟轨道。为更好地实现有砟轨道与无砟轨道间动力特性过渡,建议在过渡段设计中减小轨道各部件间的差异,线路养护维修中根据线路设计速度区别控制过渡段两侧轨道几何不平顺。     

不均匀沉降对无砟轨道路基动力特性的影响

为探讨不均匀沉降对高速铁路无砟轨道路基动力特性的影响,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道-路基系统的三维动力有限元模型,计算并对比分析有病害和无病害条件下路基的竖向动应力、动位移及振动加速度在空间上的分布规律,结果表明路基不均匀沉降导致无砟轨道路基的动力响应幅值及其空间分布规律发生明显的改变,且主要集中在支承层宽度范围、路基面以下0~1.5m深度内。由不均匀沉降引起路基动应力幅值可达100kPa,为无病害路基的3倍以上,动加速度幅值为无病害路基的2倍以上,在列车循环荷载作用下沉降区域将加速扩大,对路基产生非常不利的影响。     

CRTSⅢ型路基纵连轨道板制造技术及创新

成灌铁路采用了全新的CRTSⅢ型无砟轨道结构,在路基地段敷设了CRTSⅢ型路基纵连轨道板。介绍了CRTSⅢ型路基纵连轨道板的结构特点、二雏可调钢模技术、自动调整测量系统、生产工艺及检测方法,并总结了该种轨道板的主要创新点。     

高速铁路轨道板沉降与水平偏位机械复位技术

高速铁路的安全运行对轨道的线性要求十分严格,但随着我国高速铁路的大量建设,轨道板沉降现象时有发生。结合郑徐高铁某段路基沉降与水平偏移工程,简单分析位移偏差原因,提出并设计针对高铁无砟轨道板沉降和水平偏位的机械式双向偏位复位体系,体系包括由底座、提升分配梁、提升吊杆、顶升千斤顶组成的竖向提升体系和水平反力支座、水平复位千斤顶组成的水平复位体系两部分。介绍工程中的复位控制单元划分方案和同步位移控制方案,单元划分方案中采用单元重叠、二次加载方法解决了单元相交部位受力影响的难题;位移同步控制采用PLC自动位移同步控制系统。给出该体系实施过程中吊杆提升力、吊杆锚固部位底板冲切承载力、横梁支承部位轨道板局部受压的计算方法,方案在郑徐高铁工程中成功实施,为铁路轨道板偏移复位提供新的技术思路。     

翻浆状态下无砟轨道路基动力响应特征模型试验研究

高速铁路无砟轨道基床翻浆是一种特殊的路基新型病害,影响高速铁路运营的舒适性和安全性,为分析无砟轨道路基基床翻浆对路基动力响应特征的影响,开展无砟轨道-路基基床大比例模型试验。试验结果表明:基床翻浆状态时,在动荷载下底座板对基床表层产生瞬态碰撞,使得基床表层土动压力随动荷载加载次数的增大而逐渐增大,沿深度衰减速率变快;基床翻浆改变了基床表层与底座板之间的动力传递特性,竖向振动加速度比值增大了1. 95倍以上,动位移比值增大了4. 56倍以上,振动响应从底座板传递至基床表层衰减梯度增大;基床表层翻浆不断恶化,会降低基床表层对底座板的支承能力,致使无砟轨道-路基基床动力响应加剧。     

高速铁路隧道无砟轨道上拱整治技术研究

近年来,我国交通建设迅猛发展,复杂艰险山区铁路隧道工程规模庞大,为降低维修养护成本,满足高速铁路运营安全及乘客舒适度的需要,隧道内采用大量的无砟轨道结构,但仰拱施工仍然延续以前的施工生产模式,时有隧底积水、虚砟、欠挖等施工质量缺陷,导致无砟轨道结构开裂、上拱、下沉等病害,严重影响列车运营安全。依托某运营高速铁路隧道,为解决无砟轨道结构上拱的病害,采用现场调查、物探及钻探验证的方法,查明仰拱及填充厚度不足、隧底积水是导致病害段轨道几何位移的主要原因;根据病害段实际情况,采取限速45 km/h、锚杆加固隧道边墙、切断钢轨及道床板(保留支承层)后,设置短轨并利用两端既有的道床板支承层及仰拱填充架设钢垫梁,分段拆换仰拱、填充及支承层,分段现浇道床板,恢复轨道结构,实现隧底病害的彻底整治。     

基于车辆-轨道单元的无砟轨道动力特性有限元分析

根据CRTSⅡ型无砟轨道系统结构特点,建立列车-轨道-路基耦合系统动力分析模型,提出一种包含钢轨、扣件、轨下垫板、预制轨道板、CA砂浆层、混凝土支承层及路基的无砟轨道单元,并推导该单元刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。运用Lagrange方程建立高速列车通过时无砟轨道动力特性分析的有限元数值方程。结合实例,研究无砟轨道轨下垫板、CA砂浆层、路基等结构参数对轨道振动的影响,并对有砟轨道与无砟轨道连接段动力特性进行分析,分析时考虑列车速度、轨道基础刚度等影响因素。计算结果表明:无砟轨道结构参数合理取值与刚度合理匹配可显著提高轨道整体工作性能;连接段轨道基础刚度变化对钢轨垂向加速度和轮轨作用力均有影响,其影响随列车速度提高而增大;连接段采取轨道刚度渐变过渡措施,可明显降低车辆-轨道结构冲击振动,有效改善行车品质。     

基于AHP的无砟轨道应用模糊评价

为适应高速铁路对轨道结构的要求,无砟轨道这一结构形式在国外已被广泛应用。借鉴国外先进的技术,我国也逐渐在铁路网的建设中使用无砟轨道,但是如何对无砟轨道的应用进行科学、系统的评价却是值得探讨的问题。本文通过运用层次分析法和模糊综合评价相结合的方法,综合考虑各种影响无砟轨道结构的因素,通过模糊模型从系统的角度,全面、综合地对无砟轨道的应用进行了评价,最后得出无砟轨道的应用现状较好,为无砟轨道结构在我国的推广提供了借鉴。     

桥上无砟轨道竖向动力特性分析

根据桥上CRTSⅡ型轨道结构形式,考虑高速列车与无砟轨道、桥梁之间的相互作用,建立基于新型车辆单元和无砟轨道-桥梁单元的车辆-无砟轨道-桥梁纵垂向耦合振动模型。运用有限元方法和Lagrange方程,分别推导车辆单元、无砟轨道-桥梁单元的刚度、质量和阻尼矩阵,建立有限元数值方程。考虑轨道平顺和轨道不平顺两种工况,求解有限元数值方程,分析梁端和跨中动力特性。计算结果表明,该模型及程序能够反映轨道结构的竖向振动响应。施加轨道不平顺,轮轨作用力增大了50%左右,梁端处钢轨的竖向加速度增加了6.5倍左右,跨中处从10 m/s~2增加到30 m/s~2。每种工况下,梁端和跨中处轨道结构的竖向位移、竖向加速度分别逐渐减小,梁端处轨道结构的振动及其位移变化都比跨中处大。