高速车辆与桥上道岔动态相互作用规律初探

为揭示高速运营条件下车辆与桥上道岔的动态相互作用规律,建立考虑轮轨间动态接触关系的高速车辆-道岔-桥梁耦合振动模型,并编制相应计算程序CDAVTB。以时速350 km18号道岔布置于6×32 m连续梁上,轨下基础采用底座纵连式无砟轨道为例展开仿真分析,就铺设于我国客运专线桥梁上的引进技术与自主研发高速道岔的动力响应进行比较,并分析桥梁竖向刚度和岔桥相对位置对车岔桥系统动力响应的影响。结果表明:高速道岔铺设于桥上时,各项动力响应均有所增大,道岔结构参数对车岔桥系统动态相互作用的影响较大。随着桥梁竖向刚度的增大,系统各项动力响应呈减小趋势,32 m跨连续梁的ZK荷载挠跨比宜按不大于1/9 000进行设计。岔桥相对位置的变化将导致系统动力响应的较大差异,就32 m跨度连续梁而言,道岔辙叉部分布置于列车运行方向上距离桥墩1/8至1/4跨范围内时最优。     

岔桥相对位置对桥上无缝道岔受力和变形的影响

为了进一步研究桥上无缝道岔受力和变形的特点,通过建立"岔-桥-墩"纵向相互作用一体化计算模型,分析道岔与桥梁的相对位置对钢轨、道岔、墩台等结构部件受力及变形的影响.经计算分析表明,随着道岔头部距连续梁桥左端梁缝距离的增大,基本轨伸缩附加力、伸缩位移、桥墩所受纵向力减小,翼轨末端间隔铁承受的纵向力增大;尖轨跟端限位器所承受的纵向力、尖轨与心轨相对于岔枕的纵向位移,并不随道岔头部距梁端的距离呈单向变化,只有当道岔头尾距离梁端在一定合适位置时,才能确保限位器受力、尖轨与心轨相对于岔枕的纵向位移最小.     

无砟轨道连续梁桥与道岔纵向相互作用规律的研究

建立了无砟轨道线桥墩一体化计算模型,用数值模拟法,以一组60 kg/m钢轨客运专线18号可动心轨道岔布置在连续梁上为例,通过两种类型("门"形筋混凝土道床、带限凸台的道床板)无砟轨道桥上无缝道岔与有砟轨道桥上无缝道岔基本轨温度附加力、基本轨伸缩位移的比较,表明:无砟轨道桥上无缝道岔温度附加力分布规律、钢轨位移分布规律与有砟轨道桥上无缝道岔相似,"门"形筋及带限位凸台无砟轨道桥上无缝道岔因道床阻力大,尖轨及心轨相对道岔板的伸缩位移要小;对于带限位凸台的无砟轨道结构计算结果表明:单个凸台的支座刚度＞250 kN/mm时,凸台支座胶垫的压缩量＜1 mm.道岔板不同温度变化幅度的计算结果表明,随着道岔板日温差增大,基本轨温度附加力、伸缩位移、翼轨末端间隔铁受力、直尖轨尖端相对道岔位移、转辙器道岔板受力、辙叉道岔板受力均随之减小,而心轨尖端相对道岔板位移、导曲线道岔板受力、连续梁固定墩受力则随之增大.     

地铁曲线尖轨道岔不可逾越速度动力分析

研究目的:为研究地铁曲线尖轨道岔的不可逾越速度,本文以地铁9号曲线尖轨道岔为例,基于轮轨接触几何算法和车辆-道岔系统耦合动力学仿真计算,在综合考虑车辆侧向过岔时的安全性及平稳性的基础上确定曲线尖轨道岔的不可逾越速度,以期为列车折返能力的提高和城际轨道交通道岔的设计提供技术支持与储备。研究结论:(1)在尖轨顶宽40 mm时标准LM车轮型面与轨道接触点分布已经过渡到尖轨上,而磨耗状态LM车轮型面与钢轨的接触点分布可能在基本轨上或者尖轨上,轮载过渡位置延后;(2)车辆过岔时主要以车体横向加速度为控制指标确定不可逾越速度,因此在地铁车辆运行过程中可对车辆横向加速度进行实时监测,作为车辆运行安全性和平稳性的监测指标;(3)标准LM车轮型面时地铁9号曲线尖轨道岔的不可逾越速度为50 km/h,磨耗状态LM车轮型面时9号曲线尖轨道岔的不可逾越速度为45 km/h;(4)通过提高地铁车辆ATP顶篷速度来提高ATO速度,可缩短发车时间间隔,提高列车运行速度和对运量的储备;(5)通过对地铁曲线尖轨道岔不可逾越速度的分析,可对地铁车辆运行安全性和平稳性进行监测,并针对列车行车间隔加密后可能引起折返能力不足的问题,为道岔提速研发提供理论支持。     

连续梁桥上不同连接形式的无砟道岔群受力与变形分析

为探究桥上不同连接形式的无砟道岔群受力与变形对整个结构的影响,建立了岔—桥—墩一体化有限元计算模型,以2组18号可动心轨无砟道岔用不同的连接形式布置在连续梁桥上为例,分析了异向对接、同向对接、异向顺接、同向顺接、单渡等5种不同的道岔连接形式对连续梁桥上无砟道岔群受力与变形的影响。计算结果表明:直尖轨尖端和心轨尖端相对于岔枕位移相差不大,均能满足设计要求;在对接方式中,限位器受力比较不利;顺接方式的间隔铁受力比对接方式的间隔铁受力略大。单渡形式的道岔传力部件受力最小,可适当减少传力部件的数量。     

地铁9号道岔侧向通过速度提升可行性研究

为提高地铁9号道岔侧向过岔能力,提出将9号道岔侧向通过速度提升至50 km/h,为此设计了5种道岔平面线型方案。基于车辆-道岔耦合动力学理论,分析不同的道岔平面线型方案对地铁车辆运行平稳性、安全性的影响。经方案比选可得:地铁9号道岔尖轨采用相离半切线型,尖轨尖端理论厚度增加至2 mm,尖轨冲击角取0.014 1 ~ 0.015 3 rad,既可提高尖轨的整体耐磨性,也可保证过岔较好的乘坐舒适性;导曲线半径采用350 m,有利于降低列车经过导曲线时未被平衡的离心加速度,提高列车过岔舒适性。     

不足位移对高速道岔动力特性的影响

为揭示道岔不足位移对高速行车的影响,根据高速道岔、列车的结构特点、力学特性和相互作用关系,建立车辆-道岔耦合动力学模型,并以高速列车直向350km/h、侧向80km/h通过350km/h客运专线18号无砟道岔为例,分析不同不足位移情形下车辆和道岔的动力学特性。结果表明:尖轨、心轨不足位移对列车动轮载、钢轨动应力影响较小,对轮缘力、车体横向加速度、轮重减载率、脱轨系数影响较大;不足位移会严重影响高速列车直、侧向过岔的舒适性及安全性,影响高速道岔正常工作状态;牵引转换设计时,应严格控制道岔尖轨、心轨不足位移。     

增加道岔尖轨轨下弹性对轮-岔动力性能的影响

通过建立道岔垂向几何及刚度不平顺激扰模型，运用车辆一轨道耦合动力学理论，模拟计算了提速列车对提速道岔的动力影响。比较了提速道岔尖轨轨下增加弹性后提速列车对道岔的动力作用，并进行了现场测试。结果表明提速道岔尖轨轨下增加弹性后能减轻基本轨至尖轨区过渡段轮一岔垂向相互作用，有效地改善道岔的动力性能，延长滑床板及道岔的使用寿命。     

高速道岔关键技术试验研究

对岔区轨道刚度合理取值及均匀化技术、尖轨降低值优化技术、转辙器运动学轨距优化技术、侧线线型设计技术对动车组高速直、侧向过岔平稳性的影响进行了试验研究。研究结论如下:为保证旅客乘坐舒适性,必须结合采用的扣件特点选择合适的岔区轨道刚度,刚度均匀化在理论上可以实现,实际上受施工质量以及道岔精调状态等因素影响;尖轨相对于基本轨的降低值决定了轮轨垂直力在尖轨和基本轨间的过渡范围及过渡比例,并直接影响列车过岔平稳性,降低值过大会严重影响道岔平顺性及降低行车平稳性;是否采用运动学轨距优化技术对道岔平顺性无显著影响,客专线道岔不采用运动学轨距优化技术是有试验数据支撑的;动车组侧向通过42号和62号道岔的车体水平加速度实测最大值小于1.5m/s2,符合技术条件要求,和设计预期一致。     

增加道岔尖轨轨下弹性对轮—岔动力性能的影响

通过建立道岔垂向几何及刚度不平顺激扰模型,运用车辆—轨道耦合动力学理论,模拟计算了提速列车对提速道岔的动力影响。比较了提速道岔尖轨轨下增加弹性后提速列车对道岔的动力作用,并进行了现场测试。结果表明提速道岔尖轨轨下增加弹性后能减轻基本轨至尖轨区过渡段轮—岔垂向相互作用,有效地改善道岔的动力性能,延长滑床板及道岔的使用寿命     

横向地震激励下的悬索桥车-桥耦合动力响应分析

为探讨横向地震荷载对列车—悬索桥耦合系统动力响应的影响,以几江公铁两用悬索桥为研究对象,将轨道不平顺作为系统的自激激励源,地震作为外部激励,根据弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则,建立地震激励下的车桥系统耦合振动方程和分析模型,对在横向地震波激励下列车通过悬索桥进行了全过程的模拟。分析结果表明:横向地震激励对悬索桥上的列车运行安全性和舒适性有着显著影响。     

温度变形对大跨度钢箱系杆拱桥车桥动力响应的影响

为分析温度变形对大跨度钢箱系杆拱桥列车走形性的影响,以某跨度为96m的四线下承式钢箱系杆拱桥为例,首先建立该桥的动力分析模型并对其进行自振特性分析,然后,根据弹性系统动力学势能不变值原理与形成矩阵的“对号入座”法则,分别考虑桥梁在3种温度体系（未考虑温度、升温、降温）下产生的变形影响,将其以组合曲线的形式叠加到轨道不平顺中进行列车走行性分析,建立车桥系统的空间振动方程,并对3种工况下的车桥耦合动力响应进行计算分析。研究结果表明：温度变形对桥梁动力响应的影响不大,对列车响应中脱轨系数、横向力、车体横向加速度及横向sperling指标有显著的影响,但在各温度变形工况下列车走行性仍满足限值要求。     

直逆向过岔时列车-道岔-连续刚构桥系统空间振动分析

针对桥上无缝道岔,运用有限单元法,建立钢轨-岔枕-桥梁系统空间振动分析模型。运用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的“对号入座”法则,建立了列车-道岔-桥梁系统空间振动方程组。以温福客运专线田螺大桥为例,拟定桥上铺设了由2组38号道岔组成的单渡线,计算“中华之星”电动车组,按一动四拖的编组方式,以200 km/h的速度直逆向通过时,列车-道岔-桥梁系统空间振动响应,并与列车通过路基无缝道岔和桥上无缝线路的动力响应进行对比。计算结果表明,桥梁导致钢轨和岔枕的位移增幅较大,列车动力响应有所增加,对道岔振动加速度和轮轨力影响不显著;道岔导致桥梁振动加速度小幅增加,而列车动力响应显著增大。     

拱肋内倾角对钢管混凝土提篮拱桥车桥动力响应的影响

为考虑拱肋内倾角对大跨度钢管混凝土拱桥的动力特性及车辆走形性的影响,以某主跨为240 m的钢管混凝土提篮拱桥为例,运用结构动力学以及有限元原理,分别建立了3种不同内倾角度(7.5°,8.5°,9.5°)下的桥梁动力分析模型和车辆模型,由动力学势能不变值原理"与形成矩阵的"对号入座"法则建立空间振动方程,并对3种情况下的车桥耦合空间响应进行了计算分析。研究结果表明:桥梁横向自振频率随拱肋内倾角的增加而明显增大;竖向自振振动频率随内倾角度的增大而减小;列车通过桥梁时,不同内倾角度下拱顶竖向位移和加速度的变化很小,而横向位移、横向加速度均随着内倾角度的增大而减小;车辆的动力响应对内倾角的变化不敏感。     

采用槽形梁桥面的大跨度钢桁拱桥车桥动力分析

槽形梁道碴桥面是适用于钢桥的一种桥面新形式,为研究该种桥面的钢桥动力性能,以某大跨度钢桁拱桥为研究对象,将列车、桥梁视为联合动力体系,建立了列车与大跨度钢桁拱桥的车桥耦合动力分析模型.在建立桥梁的有限元分析模型时,对该桥所采用的槽形梁形式桥面选用了梁格法来建模.计算桥梁的自振特性;采用计算机模拟方法,计算了ICE高速列...     

非定常气动荷载对桥上列车行驶安全舒适性影响分析

为了研究非定常气动力荷载对桥上列车行车安全性和舒适性的影响,结合有限元软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK,建立列车-轨道-桥梁三维多体系统模型,计算风-列车-桥梁耦合系统的动力响应;对比分析定常与非定常气动力荷载作用下桥上列车的行驶安全与舒适性,研究非定常气动力荷载作用下不同横向风速对列车行驶安全的影响。研究结果表明:列车行驶速度为200~300km/h,无风荷载情况下,各安全性与舒适性指标值均满足要求且均小于风荷载作用。横风作用下平均风速为20 m/s,考虑非定常气动力荷载的影响不仅会使列车行驶安全评估结果更安全,还会使列车舒适性评估结果偏于保守。平均风速不超过20 m/s,车速控制在250 km/h,桥上列车行车安全、舒适性均满足要求,且平稳性等级可达到"良好"以上。通过对不同横向风速下桥上列车行驶安全分析,给出桥上列车安全行驶的阈值,为列车的安全运营提供依据。     

中低速磁浮道岔动载试验方法研究

道岔系统是实现中低速磁浮列车换线的关键设备。道岔状态的好坏直接影响列车的运行安全性和旅客乘坐的舒适性。中低速磁浮采用的是主动悬浮控制技术,车辆、道岔和控制系统共同组成了一个自激振动系统,采用多重质量液体双调谐阻尼技术,可有效地抑制共振频率,但其减振作用对频率比较敏感。因此,在动载试验过程中,采用加速度传感器对车辆、道岔的共振信号进行采集以及频谱分析,并对道岔进行调整,确保共振频率和加速度达到设计标准。     

4种地铁减振轨道轮轨动态相互作用对比分析

为了研究地铁曲线段不同减振轨道的轮轨动态相互作用,通过现场实测数据对比分析了橡胶隔振垫道床轨道、钢弹簧浮置板道床轨道、梯形轨枕轨道、单趾弹条扣件轨道4种减振轨道结构的轮轨力、钢轨动态位移,以及对应断面处隧道壁的垂向振动加速度。分析结果表明:单趾弹条扣件轨道振动相对较大,钢弹簧浮置板道床振动相对较小;4种减振轨道对应的轮轨垂向力、横向力、脱轨系数均满足列车安全运营要求;钢弹簧浮置板道床轨道的钢轨动态位移平均值较大,但小于安全限值。     

客运专线某钢管混凝土提篮拱桥列车走行性分析

针对武广客运专线胡家湾大桥,提出单箱三室箱形系梁的钢管混凝土拱桥空间振动分析模型,建立了高速列车-桥梁系统振动方程。运用列车脱轨能量随机分析理论,计算了胡家湾大桥上列车走行安全性。提出桥梁抗脱轨安全系数的计算式,并计算了该桥的抗脱轨安全系数。在列车不会脱轨的条件下,计算了该桥上列车走行舒适性。计算结果表明:ICE列车以不超过300 km/h车速通过该桥时,列车不会脱轨;桥梁抗脱轨安全系数很大,具有很高的抗脱轨安全度;在列车正常运行时,舒适性指标达到了良好以上等级。研究成果可为该桥设计提供理论依据。