无缝线路钢轨温度应力检测装置的设计与研究

由于无缝线路钢轨不能自由伸缩,当钢轨温度发生变化时将产生很大的轴向温度力。过大的温度力会导致钢轨扭曲失稳、断裂,甚至车辆脱轨,危及行车安全。无缝线路钢轨温度应力检测装置通过采集来自铁磁材料应力传感器、温度传感器的信号并进行综合处理最终输出实际锁定轨温和被测钢轨的温度应力。     

考虑钢轨轴向温度力的无砟轨道振动响应分析

在轨道交通实际运营过程中,由于无缝线路不能自由伸缩,无缝线路中的钢轨存在着一定的轴向温度力的作用。建立了考虑钢轨轴向温度力的无砟轨道连续弹性三层梁模型的振动微分方程,求解傅里叶变换域中的振动位移,通过快速离散傅里叶逆变换得到轨道结构的振动位移。利用MATLAB软件编制相应的程序,分析了钢轨轴向温度力对无砟轨道振动响应的影响。研究结果表明:钢轨轴向温度力越大,轨道结构的振动响应越小;当轨温变化升高50℃时,轨道结构的位移和动压力都将减小约5%～10%。说明钢轨承受适当的轴向温度压力对轨道结构的减振是有利的,该结论可为无砟轨道结构设计和运营管理提供参考。     

轴向温度力影响下周期离散支承钢轨竖向振动特性分析

建立轴向温度力作用下无缝线路轨道结构周期离散支承梁模型,其中钢轨采用Timoshenko梁模拟,轨枕考虑为质量块,轨下支承结构对钢轨的支承作用通过动力柔度矩阵进行模拟。通过周期结构波数有限元法,分析得到周期离散支承钢轨的频散特性及位移响应。分析周期离散支承钢轨各阶共振频率与轴向温度力的关系,并探讨轨枕间距的影响。分析结果表明:在0~5 000Hz范围内,周期离散支承钢轨竖向振动各阶共振频率均随轴向拉力的增加而增大,随轴向压力的增加而减小,且共振频率越高,其受轴向温度力影响越明显。其中,共振频率D(1 080Hz)、G(2 947Hz)、H(4 657Hz)受轴向温度力的影响最明显,可作为无缝线路钢轨内部温度力大小的主要评价指标。轨枕间距对各阶共振频率有较大影响,分析时需先确定轨枕间距实际值。     

线路支承状态变化对轨道动态特性的影响

把温度力作用下的无缝线路简化为纵向力作用的弹性等间距支承的无限长均匀梁结构,通过连续梁理论,建立了纵向力作用下无缝线路钢轨的振动模型.分析了轨道结构钢轨自振频率与其纵向力间的内在关系,分别讨论了钢轨在承受纵向拉力和纵向压力时自振频率的变化特征,比较了钢轨类型改变、钢轨支承间距变化后对上述变化的影响.结果表明:纵向拉力作用下钢轨的竖向自振频率会随着拉力的增加而增大,钢轨支承间距加大会降低其自振频率;纵向压力作用下,钢轨的竖向自振频率随着压力的增加而减小;第一振型变化趋势基本分为两个阶段,当轴向压力较小时,呈线性变化,随着轴向压力的不断增加,逐渐地产生了非线性的变化;二阶及以上振型变化与受拉状态相似.     

护轨对桥上无缝线路稳定性的影响

运用ANSYS软件,建立铺设护轨的桥上无缝线路有限元模型,研究护轨中集聚不同温度力对桥上无缝线路稳定性的影响。结果表明:对于采用50kg·m-1钢轨铺设护轨半径大于1 200m和采用60kg·m-1钢轨铺设护轨半径大于800m的曲线线路,当护轨中集聚小于20℃的温度力时,铺设护轨可提高桥上无缝线路的稳定性,而对于采用50kg·m-1钢轨铺设护轨半径小于1 200m和采用60kg·m-1钢轨铺设护轨半径小于800m的曲线线路,当护轨中集聚大于20℃的温度力时,铺设护轨则会不同程度地降低桥上曲线无缝线路的稳定性,且半径越小,线路稳定性的降低越明显;对于桥上直线无缝线路,采用50或60kg·m-1钢轨铺设护轨后,当护轨中集聚小于30℃的温度力时,桥上无缝线路稳定性均可得到提高,且护轨温度力越小其稳定性提高程度越高。通过减小护轨中的温度力,可减少伸缩调节器的使用,提高桥上无缝线路铺设的温度跨度。     

无缝线路钢轨轨温和钢轨温度力实时监测系统的研制和应用

无缝线路会因为锁定轨温不准确,钢轨温度力调整不及时,造成断轨、胀轨跑道,严重威胁行车安全。无缝线路钢轨轨温和温度力实时监测系统是通过对温度和温度力的测量,换算出锁定轨温,对准确掌握钢轨的锁定轨温,防止出现断轨、胀轨跑道,指导维修作业、保证行车安全具有重要意义。根据监测到的数据,可以有针对性地采取措施,控制钢轨温度力,确保无缝线路稳定,从而实现无缝线路的科学管理。     

有轨电车小半径曲线连续钢梁桥上无缝线路布置及其伸缩工况

为研究有轨电车小半径曲线连续钢梁桥上铺设无缝线路，利用有限元法建立轨道-桥梁曲线线型相互作用模型，分别对有缝线路布置、不设钢轨伸缩调节器无缝线路布置、设钢轨伸缩调节器无缝线路布置进行了降温伸缩工况计算。研究结果表明：有缝线路轨缝在大跨度桥梁梁端较难协调桥梁伸缩位移，轨缝存在夏季顶死、冬季拉大的病害；不设钢轨伸缩调节器的无缝线路导致曲线连续梁桥墩承受较大的钢轨温度力径向分力，曲线与直线线型衔接处存在轨向不平顺；设钢轨伸缩调节器的无缝线路通过钢轨伸缩调节器释放了钢轨温度力，桥墩承受的钢轨温度力径向分力较小。考虑到梁轨的纵向和横向耦合作用，采用曲线线型建立计算模型较为符合实际工况。     

浅析无缝线路锁定轨温衰减规律

无缝线路锁定轨温是指无缝线路的零应力轨温，其初始数值是在无缝线路铺设时通过计算确定的，锁定轨温是决定钢轨温度力水平的基准，它所反映的是无缝线路在不同的温度条件下钢轨纵向内应力的问题，即无缝线路钢轨内部所承受的拉应力和压应力大小问题，是衡量无缝线路轨道强度与稳定性的量化表现，因此锁定轨温是无缝线路最重要的技术指标之一，其准确与否，将直接关系到无缝线路的状态稳定和养、     

无缝线路钢轨锁定轨温施工技术研究

钢轨应力是无缝线路钢轨强度承载检算的唯一指标,也是无缝线路管理技术要点,尤其是钢轨温度应力是工务施工维修管理的核心。通过分析无缝线路锁定后钢轨温度力分布与变化规律,提出钢轨伸缩端延长锁定长度计算方法;考虑钢轨低温或高温作业环境,提出钢轨温度人工干预施工技术,并采用应力均衡法解决温度应力集中问题;基于钢轨强度承载力计算结果,结合兰新线嘉峪关地区无缝线路地段线形和垂直磨耗特点,给出锁定轨温管理所允许具体范围。研究结果对降低钢轨温度应力,确保无缝线路稳定具有指导意义。     

桥上无缝道岔与桥梁布置有限元分析

桥上无缝道岔设计同时涉及桥梁—钢轨相互作用力及道岔基本轨—尖轨相互作用力两方面问题。对典型桥上咽喉区普通桥上无缝线路及桥上无缝道岔群进行了对比检算,检算结果表明,桥上无缝道岔较一般区间桥上无缝线路钢轨附加力明显增大,桥上无缝道岔设计应同时兼顾道岔与桥梁孔跨布置。无缝道岔布置于连续梁上时,其钢轨伸缩附加力较区间桥上无缝线路增幅要大,尤其在咽喉区多联连续梁且两组道岔对向布置情况最为不利,如道岔对向布置情况不可避免,此时应在两连续梁间插入简支梁,道岔距梁缝应保持一定距离,以尽量减少连续梁温度跨度与道岔限位装置钢轨附加力叠加效应。     

巴准铁路换铺无缝线路设计

巴准铁路设计为预留无缝线路。对巴准铁路换铺无缝线路设计进行研究,在设计时根据工程特点确定设计参数、锁定轨温,对大跨桥连续梁无缝线路的钢轨强度、稳定性、断缝值和梁轨快速相对位移等进行检算,确保其满足设计要求,并提出可行的无缝线路结构设计方案,为日后巴准铁路换铺无缝线路提供参考。     

长联大跨连续梁桥无缝线路布置方案

西安机场线渭河特大桥采用长联大跨连续梁,主桥连续梁联长900 m,最大温度跨度715 m,具有温度跨度大且多跨连续梁相接的特点,需合理设计无缝线路。针对该工况提出5个无缝线路布置方案,采用有限单元法进行无缝线路附加力计算,从钢轨强度、桥墩受力两方面进行方案比选后,现场调研国铁类似工况,确定最终推荐方案。得出结论:(50+8×100+50)m连续梁两侧梁端布置单向钢轨伸缩调节器,满足钢轨强度检算的要求且能有效减小相邻连续梁固定墩受力,无需布置双向钢轨伸缩调节器。     

高墩水平温差对连续刚构桥上无缝线路的影响

为研究高墩水平温差对桥上无缝线路的影响,选取某高墩大跨连续刚构桥工程实例,基于梁轨相互作用原理,建立线桥墩一体化有限元模型,分析在水平纵向和横向温差作用下高墩大跨桥上无缝线路受力变形情况。结果表明:高墩纵向温差对连续刚构桥上无缝线路纵向受力影响较大,随着桥墩纵向温差的增大,桥上无缝线路受力逐渐增大;桥墩横向温差影响桥上无缝线路平顺性,当桥墩横向温差超过一定的限值时,连续刚构桥上无缝线路会出现长波不平顺超限;总结以上分析结果,建议在连续刚构桥上无缝线路设计检算中考虑高墩在水平温差作用下对桥上无缝线路的影响。     

采用小阻力扣件的单线连续梁桥墩纵向刚度限值研究

基于梁轨相互作用原理,建立桥上无缝线路线桥墩一体化模型,研究主桥铺设小阻力扣件下单线连续梁桥墩纵向水平刚度的限值。研究结果表明:在主桥铺设小阻力扣件下,钢轨伸缩附加应力最大值与连续梁温度跨度及桥墩刚度近似呈线性关系;轨道结构稳定性和钢轨断缝对桥墩刚度限值均不起控制作用,桥墩刚度限值仅由钢轨强度控制;连续梁温度跨度较大时,桥墩刚度限值与温度跨度近似呈线性关系,对于温度跨度为240 m的连续梁,轨温变化幅度为50℃、40℃和30℃时,连续梁固定支座处桥墩刚度限值分别为1 282、522、226 k N/(cm·线)。     

线路纵向阻力形式对桥上无缝线路计算影响

为了研究线路纵向阻力形式对桥上无缝线路纵向力的影响,基于梁轨相互作用原理,采用有限元方法建立了线-桥-墩一体化计算模型,以多跨简支梁为例,分析了常阻力、双线性和幂指数型等不同形式的线路阻力对计算桥上无缝线路时的影响。计算结果表明:常量阻力下计算得到的钢轨伸缩力较双线性及幂指数型阻力要小,且随温度跨度的增加双线性和幂指数型计算结果越来越接近,而常量阻力与两者差别逐渐增大;计算钢轨制动力时,常量阻力计算结果要小得多,且梁轨相对位移较大,已超出我国检算标准;不同钢轨降温幅度下,双线性和幂指数型阻力计算的钢轨断缝值基本相同,但却远小于常量阻力,且钢轨降温幅度越大,差别越大。由此可知,应重视线路阻力形式的选取,尽量由实际测试数据进行拟合,使其能模拟真实的现场情况。     

轨道交通桥上无缝道岔群的受力分析

对典型案例的桥上咽喉区无缝道岔群的温度力、道岔部件相对位移和传力件的剪力进行了计算,并与普通桥上无缝线路的温度力进行了对比分析。计算结果表明:桥上无缝道岔较一般区间桥上无缝线路钢轨附加力明显增大,桥上无缝道岔设计应同时兼顾道岔与桥梁孔跨布置;典型案例中的道岔尖轨、心轨位移及限位装置的结构强度均可满足其限值要求。     

轮轨作用力测试方法的研究进展

轮轨作用力是判定机车车辆动力学性能的基本要素,车辆的安全性与运行品质可以通过轮轨作用力的大小来反映。论述轮轨作用力测试方法的传统理论和国内外相关方面的研究进展。概述轮轨力测试方法的分类,地面测试有剪力法和轨底弯矩差法等方法,车载测试有直接测试和间接测试方法。随着技术不断发展和进步,出现一些新的轮轨力测试方法和测试装置,同时提出更加准确高效的新方法。未来轮轨作用力的地面测试方法会向着连续测试的方向发展,而车载测试方法则会随着传感器等技术的进步向更精确、更智能的方向发展,轮轨力测试装置向适应性更强的方向发展。     

桥上无缝道岔设计评估及注意事项探讨

随着我国铁路和城市轨道交通的建设和发展,跨区间无缝线路的广泛铺设,越来越多的桥上铺设无缝道岔,而桥上无缝道岔较一般的桥上无缝线路受力变形更为复杂,道岔几何形位更难保持。基于桥上无缝道岔梁轨以及道岔股道之间相互作用理论,分析了桥上无缝道岔整体设计的检算评估方法,并阐述了设计中的注意事项。     

斜拉桥上无缝线路纵向相互作用理论及试验研究

运用梁轨纵向相互作用机理,建立斜拉桥上无缝线路纵向力计算模型,以一座铁路常用双塔钢桁斜拉桥为例,对斜拉桥上无缝线路纵向相互作用规律进行理论和试验研究。分析结果表明:在主桥左右两端各铺设一组单向伸缩调节器,主桥上钢轨纵向力可得到有效的控制,现场试验测试的桥面纵向位移及钢轨伸缩力分布规律与理论计算基本相同,所建立模型可用于斜拉桥上无缝线路纵向相互作用分析;钢轨挠曲力计算时,可在斜拉桥主跨及其邻跨上布置荷载,且不必考虑列车入桥方向的变化;钢轨伸缩调节器可有效减弱列车制动荷载下的梁轨相互约束作用,减小线路受力变形。