米轨混凝土枕道床横向阻力离散元数值模拟

研究目的:为分析米轨混凝土枕有砟道床横向阻力变化特征,本文首先通过圆筒堆底试验与离散元模拟对道砟的摩擦系数进行标定,然后采用离散元法研究匀速推动轨枕和变速推动轨枕两种情况下米轨道床横向阻力特性,同时用单根轨枕测试法开展米轨道床横向阻力试验以验证离散元模型的正确性,最后利用离散元模型探究道砟堆高和道床肩宽对米轨混凝土枕有砟道床横向阻力的影响。研究结论:(1)通过圆筒堆底试验与离散元模拟发现,道砟颗粒摩擦系数取0. 63时与试验结果相吻合;(2)与匀速推动轨枕相比,变速推动轨枕得到的道床横向阻力仿真值与实测值更吻合,因此变速推轨枕得到的道床横向阻力的仿真精度更高;(3)米轨混凝土枕有砟道床横向阻力随着砟肩堆高的增加而增大,砟肩堆高150 mm能显著提高米轨混凝土枕有砟道床横向阻力;(4)随着道床肩宽的增加,米轨混凝土枕有砟道床横向阻力不断增大,当道床肩宽在400～500 mm之间时对道床横向阻力的提高最经济有效;(5)本研究成果可为米轨铁路无缝线路设计理论和米轨铁路有砟道床设计理论提供参考。     

大坡道米轨道床阻力及轨排稳定性研究

为研究大坡道米轨(齿轨)有砟轨道结构稳定性,通过建立米轨离散元和有限元轨排模型,分析该结构在不同坡度条件下道床阻力变化及在荷载作用下轨排纵、横向稳定性。研究表明:(1)受轨枕与道床之间正压力减小和道砟颗粒之间接触减弱的共同作用,随着坡度增大,轨枕道床纵、横向阻力逐渐降低,且降低幅度明显高于轨枕与道床间正压力的降低幅度;(2)随着坡度的不断增大,在纵向制动荷载作用下轨枕位移显著增大,且有砟道床整体稳定性逐渐降低;(3)综合考虑轨枕位移及有砟道床整体稳定性,建议米轨有砟轨道最大坡度不超过500‰;(4)在温度荷载及制动荷载作用下,为保证米轨铁路曲线段的横向稳定性,在坡度为250‰时,无齿轨段曲线半径≮700 m,有齿轨段曲线半径≮600 m。     

高速铁路有砟轨道横向阻力宏细观分析

研究目的:道床横向阻力是保持列车平稳安全运行的重要因素,砟肩部位是横向阻力重要组成部分,但高速铁路为防治飞砟采取降低砟肩堆高措施,导致道床横向阻力降低。为探究不同速度等级下高速铁路有砟道床横向阻力变化情况,本文进行了Ⅲc型轨枕在不同道床几何断面下横向阻力现场试验。同时,基于3D扫描与离散元法,以颗粒簇Clump和墙体单元分别模拟道砟颗粒和轨枕,细观分析阻力大小、分担、力键及接触特性。研究结论:(1)速度由200 km/h提升至250～300 km/h、300 km/h以上(350 km/h)道床断面条件下,试验结果分别相应降低6. 6%、11. 8%,数值研究分别降低12. 6%、24. 2%,建议300 km/h以上(350 km/h)应采取措施满足横向阻力要求;(2)轨枕底部及轨枕端部占约80%道床横向阻力,枕心部位道砟并未充分参与和作用,宜采取轨枕结构设计、密实和部分胶结方案;(3)轨枕底部-道砟在轨枕横向位移时接触数目较小,轨枕底部结构和纹理可进行优化以增大接触数目;(4)本文研究结果对不同时速下有砟道床断面选型具有一定指导意义。     

米轨钢枕轨道不同坡度的道床阻力分析

为分析不同轨道坡度对道床纵横向阻力的影响，开展米轨铁路有砟轨道钢枕平坡和250‰坡度道床纵横向阻力室内试验，并建立离散元模型，通过室内试验验证了离散元模型的正确性，进一步建立了多种坡度的米轨钢枕有砟道床离散元模型。研究结果表明：平坡与250‰坡度米轨钢枕道床纵向阻力实测均值分别为11.33,10.31 kN/枕，道床横向阻力均值分别为7.44, 7.11 kN/枕，纵向阻力衰减了9%,横向阻力衰减了4.44%;米轨钢枕的道床纵横向阻力均随坡度增大而减小，坡度在0～700‰变化时，道床纵向阻力与横向阻力之间存在线性关系，斜率约为1.7,纵向阻力变化程度大于横向阻力；道床纵横向阻力均随坡度呈余弦趋势衰减，但并非单一的按照坡度的余弦值改变，在坡度小于200‰时，道床阻力可近似按坡度余弦折算考虑，坡度大于200‰时，可根据拟合余弦公式预测道床阻力。     

超高速有砟道床运营影响分析与解决措施

随着铁路速度的不断提高,超高速有砟道床的研究逐渐成为热点,但是超高速有砟道床存在飞砟现象多发,道床劣化、脏污严重,桥上有砟道床流化等诸多问题。分析国内外高速有砟道床研究情况,分类、总结有砟道床存在的问题及解决措施,为超高速有砟道床的设计奠定基础。研究得出:采取相应措施,可以避免高速有砟道床存在的问题,可满足超高速有砟道床运营要求;针对飞砟需从道砟材质、道床断面、轨枕结构、养护维修等多方面进行综合考虑;轨枕结构优化、新材料、新方法可增强道床纵横向阻力、减缓道砟劣化,是超高速有砟道床发展的重要突破方向。     

Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床纵横向阻力设计参数试验研究

研究目的:在此之前,国内曾经对铺设Ⅱ型枕的有砟道床阻力进行过测试,并提出过道床阻力参数。但随着我国高速铁路的大规模建设和既有线的不断提速,有砟轨道普遍使用Ⅲ型混凝土轨枕,同时道床断面尺寸、道砟材质及颗粒级配不断强化提高,确定Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床线路阻力是进行有砟轨道无缝线路设计的一项重要基础工作。研究结论:本文选取武汉至襄樊区间增建第二线云梦段作为测试工点,通过现场原位测试和对测试数据进行数理统计分析,拟合确定了Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床纵向、横向阻力曲线,同时计算了Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床的等效横向阻力,其结果可为铁路无缝线路设计阻力的取值提供参考。     

现代齿轨铁路有砟道床阻力及轨道力学特性

齿轨铁路具备优越的爬坡性能,国外多铺设于山区旅游线路,我国尚无应用。针对齿轨铁路线路坡度大的特点,基于离散单元法建立大坡度有砟道床离散元模型,研究道床纵向阻力随坡度变化规律,并以所得结论为基础,建立齿轨铁路空间耦合有限元模型,对Strub模式齿轨铁路轨排稳定性及结构受力变形进行计算分析。研究结果表明:(1)道床纵向阻力随轨道坡度的增大而呈现余弦规律衰减,对齿轨铁路进行设计时,应对其进行重点考虑;(2)当5节车编组、轨道坡度25%时,轨枕弯矩最大值1.53 kN·m,不会对轨枕造成破坏;(3)轨枕最大位移量为0.79 mm,轨排结构不会失稳;(4)齿轨纵向位移峰值0.82 mm,齿轨最大应力位于齿根部位,峰值为75.8 MPa,齿轨满足要求强度。     

列车振动荷载作用下有砟道床力学性能研究

研究目的:为探究有砟道床性能随列车荷载作用下的变化特征,进行现场原位试验并通过离散元分析软件PFC3D建立有砟道床模型,研究道砟竖向速度及沉降、轨枕与道砟振动加速度、道床阻力及枕下支承刚度的变化。研究结论:(1)记录了距轨枕底面0. 1 m、0. 2 m、0. 3 m处道砟竖向速度(0. 033 m/s、0. 029 m/s、0. 015 m/s)、沉降位移(3. 1 mm、2. 3 mm、1. 5 mm)、振动加速度(43. 39 m/s~2、29. 27 m/s~2、17. 23 m/s~2、9. 78 m/s~2),可知峰值速度、沉降位移及振动加速度随着深度增加而减小;(2)记录了循环加载100次、200次、300次、400次时道床横向阻力(16. 87 k N、17. 23 k N、17. 56 k N、17. 66 k N)、道床纵向阻力(24. 55 k N、25. 23 k N、25. 89 k N、25. 99 k N)和枕下支承刚度,可知道床横纵向阻力、枕下支承刚度随着荷载次数增加而增大;(3)本研究成果对指导有砟道床设计、施工、养护维修及研究有砟道床力学性能具有参考价值。     

双块式轨枕道床横向阻力试验与力学分析

研究目的:道床横向阻力是保持轨道几何形位及无缝线路横向稳定性的重要参数。随着有砟轨道运营技术条件复杂化,对轨枕设计和选型提出更多挑战,发展更加安全、可靠、经济、可用轨枕技术方案成为研究热点。针对国内有砟道床上铺设双块式轨枕及其横向阻力研究较少的情况,本文通过进行一系列工况下双块式轨枕和Ⅲc型轨枕横向阻力试验,研究双块式轨枕横向阻力基本特性与影响规律。研究结论:(1)在相同道床断面条件下,双块式轨枕横向阻力高于Ⅲc型轨枕,前者较后者提高幅度13.6%~25.5%;(2)砟肩宽度增加,双块式和Ⅲc型轨枕的道床横向阻力均提高,但增长效果无明显差异;(3)砟肩堆高能显著提高双块式和Ⅲc型轨枕的道床横向阻力,如当砟肩堆高从0 mm增加到150 mm时,道床横向阻力分别增加4.2 kN(51.9%)、2.7 kN(38.0%),即砟肩堆高对双块式轨枕更有效;(4)本研究结论可为双块式轨枕在我国轨道工程上的应用奠定理论和试验基础。     

基于离散元法的列车运行速度对有砟道床工作性能影响的研究

不同的列车运行速度会使轨道结构产生不同的响应,列车运行速度越快,产生的振动和空气动力响应越大,会加剧道砟颗粒的磨耗、粉化,甚至道砟飞溅,进一步影响道床的稳定性和列车运行的安全性.为了更好地了解列车运行速度对道床工作性能的影响,采用离散元法对道床进行模拟,通过道床纵横向阻力试验数据验证模型的可靠性,并在此基础上分析和研究动力荷载作用下道砟位移、颗粒振动加速度随列车速度、道床深度、道床不同横向位置的变化趋势,从微细观层面了解道砟颗粒在不同工况下的工作性能.研究结果表明:道砟加速度和道砟颗粒位移在不同轴重和行车速度下的变化趋势相同,均是在轨下位置的道砟加速度最大、道床砟肩的位移值最大;在动荷载作用下,道砟颗粒均有向外运动的趋势,轨枕附近的道砟位移扰动较大,外围道砟在墙体约束作用下位移较小.     

银吴高铁有砟轨道道床施工工艺与质量控制研究

针对新建银吴高速铁路的有砟轨道施工质量要求高、无铺轨基地支持、施工分段多等工程特点,开展施工工艺和过程质量控制研究。利用传统施工工艺方便、灵活的优势,结合高速铁路轨道工程质量要求和工效要求进行有砟道床施工工艺优化设计;建立试铺与观测试验段,开展道床密实度、纵横向阻力和轨枕频响试验,对道床施工质量进行检测与评估,指导全线施工质量控制。研究表明:在轨枕位移为2 mm时,道床纵向阻力值为16.3 kN(大于规定值12 kN)、横向阻力值为8.1 kN(大于规定值7.5 kN),枕下道床密度为2.0 g/cm~3(大于规定值1.75 g/cm~3);有砟道床的第一、二、三主频振动区间主要集中在100～500 Hz的低频范围内,主要指标均满足规范的标准要求。     

道砟胶对道床参数的影响研究

为了明确经过道砟胶组织后,道床参数的变化情况,在试验室进行了轨道实尺模型试验,测试了喷道砟胶前后道床纵、横向阻力、支承刚度的变化情况。试验结果表明:如果喷胶量为48 kg/m3,枕底、枕间及砟肩都喷道砟胶时,道床纵向阻力大约提高8.5倍,横向阻力大约提高17.4倍,加载的竖向力为140 kN时支承刚度提高37.6%,并且在卸载5 min内轨枕位移约恢复90%。因此,道砟胶可以应用在小曲线半径无缝线路、无砟轨道向有砟轨道的过渡段上,以提高道床横向阻力、调整道床支承刚度。     

中俄高速铁路有砟道床技术条件分析——时速350 km高铁设计参考与借鉴

为厘清中俄高速铁路有砟道床技术条件差异及其内在原因,通过对两国不同轨距高速铁路有砟道床设计规范及技术条款进行分析,针对莫喀高铁和京张高铁(350 km/h)运营要求,考虑到轨距、温度变化不同因素影响,所得主要结论如下:(1)道床砟肩宜采用无堆高形式,道床边坡宜采用1∶1.75,加强道床夯实。道床厚度宜采用35 cm,如在桥隧地段、路基基床表层采用沥青层、弹性轨枕可降低为30 cm;(2)结合欧洲高铁经验,道床纵向阻力不应小于14 kN/枕,横向阻力不应小于12 kN/枕,可满足时速350 km要求;(3)时速350 km及其以上必须进行飞砟设计和措施研究;(4)时速350 km须进行轨枕设计,可通过形状和尺寸方式。由于轨距不同,建议莫喀高铁轨枕长度采用2.7 m、京张高铁采用2.6 m。     

山地米轨铁路有砟轨道结构稳定性研究

研究目的:本文以某山地米轨铁路为例,研究坡度250‰以上有砟轨道结构的稳定性和极限坡度。首先进行米轨混凝土枕的道床阻力测试试验,并建立轨排结构有限元模型,分析坡度和扣件阻力对轨排结构稳定性的影响;接着建立米轨有砟轨道三维有限元模型,研究坡度与竖曲线半径对有砟道床稳定性的影响;最后,根据扣件阻力、道床阻力与大坡道有砟轨道稳定性的关系提出米轨有砟轨道极限坡度和竖曲线半径的建议值。研究结论:(1)通过试验测试,得到了道床阻力-位移关系,结果表明轨排结构的稳定性随坡度增大而减弱,在扣件阻力不大于10 k N/组时其极限坡度为500‰;(2)有砟道床的稳定性随着坡度的增大而逐渐减弱,在列车荷载作用下,有砟道床保持稳定的最大坡度为500‰;(3)变坡点凸形竖曲线附近道床稳定性弱于直坡道地段,且其稳定性随着竖曲线半径的增大而逐渐增强,在坡度为250‰的情况下,为了保持有砟道床稳定竖曲线半径不能小于400 m;(4)本文研究成果可为米轨铁路大坡道有砟轨道结构稳定性分析提供理论与试验依据。     

轨道框架对散粒体道床非线性纵向阻力影响的试验研究

为深入探索轨道框架对道床非线性纵向阻力的影响,通过建立足尺模型,采用轨道框架法测试道床纵向阻力-位移关系曲线,从轨枕数量、屈服位移、屈服阻力等角度研究轨道框架纵向变形机理,获得轨道框架下道床纵向阻力非线性力学特征。在此基础上,建立轨排结构道床纵向阻力均值计算方法。结果表明:轨道框架道床纵向阻力值明显小于各轨枕阻力之和,且随着轨枕数量与屈服位移取值的增加,差异逐渐增大;当轨道框架沿纵向移动时,道砟颗粒呈现出不规则的运动规律,轨道框架中间位置处颗粒运动的不规则性相对两端较弱,且颗粒位移扩散角较小;轨排结构道床阻力均值计算方法可以较为合理的预估出阻力值的大小,且随着轨枕数量的增加,道床阻力均值趋于稳定。     

复合轨枕道床横向阻力增强方法

为解决复合轨枕道床横向阻力不足的问题,基于复合轨枕材料和结构,提出横向阻力增强方案。采用3D扫描技术生成道砟颗粒模板库,构建轨枕-道床离散元三维模型,模拟分析了各种纹理复合轨枕对道床横向阻力的分担规律及其增强效果,并从细观层面分析了轨枕与道砟颗粒相互作用机理。结果表明:与普通条形复合轨枕相比,A1型,A2型,A3型,A4型,A5型纹理复合轨枕道床横向阻力可分别提高9.3%～11.4%,17.8%～23.6%,27.4%～32.0%,16.6%～21.8%,17.7%～21.2%;在复合轨枕与道砟接触表面设置纹理可增强轨枕表面与道砟颗粒之间的咬合,有效增大轨枕底面与道砟颗粒接触数目及轨枕侧面与道砟颗粒间平均接触力,提高枕底及枕侧阻力。     

冲击式人工捣固装置对有砟道床作用效应及质量状态影响研究

人工捣固作业是实现小区段线路日常养护维修的重要方式之一,可有效改善轨道几何形位、缓和线路不平顺、保证列车运行安全性。然而目前人工捣固装置进行养护维修作业主要依赖现场工人的工程实践经验,缺乏相关理论研究。为研究有砟道床人工捣固装置作业工作机理,借助离散元素法(DEM)-多体动力学(MBD)耦合方法,建立人工捣固装置-轨枕-有砟道床耦合仿真模型,并在现场开展人工捣固作业前后横向阻力试验,验证了模型的可靠性,分析人工捣固作业对道砟颗粒接触力及道床密实度的影响。结果表明：人工捣固作业会使道床横向阻力降低19.51%,道床横向稳定性减弱;捣入阶段会使道砟间接触力分布发生明显变化,其中,水平平面接触力分布由近似圆形向椭圆形变化分布,纵向平面接触力则由半圆形向花束形变化分布,颗粒间接触关系不断变化,逐步建立新的稳定传递关系;捣固作业会使道砟颗粒受迫运动,使枕盒及砟肩处密实度降低。因此,在人工进行捣固作业后应及时补填枕盒处道砟颗粒,并对砟肩处道砟进行拍实。     

中美铁路道砟试验的比较研究

中美两国规范将道砟分为面砟和底砟,其中中国面砟需检测7项性能16个物理参数,底砟需检测4项性能6个参数;美国面砟需检测5项性能7个参数,底砟需检测5项性能8个参数。通过比较两国铁路道砟的试验规范,得出以下结论:(1)中国规范对于底砟给出了固定的颗粒级配范围,方便了施工选材;美国规范中底砟的颗粒级配与面砟及路基填料的颗粒级配有关,更合理地体现了底砟的过渡作用;(2)中国规范固定了试样的颗粒范围及数量,简化了试验操作但使得结果不能反映全部道砟的性能;美国规范中道砟的性能参数多通过试样的颗粒级配百分率计权求得,结果能全面反映道砟性能且适应于任何粒径的道砟;(3)中国规范缺少试验数据偏差的内容;美国规范对试验的重复性偏差及复现性偏差均有详细要求。     

Ⅲ型混凝土轨枕道床纵、横向阻力试验分析

目前,我国新建、改建铁路有砟轨道普遍铺设Ⅲ型混凝土轨枕,但对于Ⅲ型轨枕道床纵、横向阻力尚未完全明确。确定Ⅲ型轨枕道床纵、横向阻力对于无缝线路设计、施工及养护均具有重要的现实意义,同时,为轨道设计、施工规范和验收标准的制定提供科学依据。通过试验分析,采用现场原位测试和数理统计分析方法,确定合理的道床纵、横向阻力值。     

南京长江大桥有砟桥道床弹性改善的研究

研究目的:为考察道砟垫对南京长江大桥有砟桥道床弹性的改善效果,在室内试验基础上,通过仿真计算和现场测试,分析了3种不同厚度道砟垫对有砟桥轮轨动力响应的改善情况.研究结论:仿真计算和现场测试都表明:铺设道砟垫对低频轮轨力、钢轨和轨枕的垂向位移、钢轨和轨枕的振动加速度有一定改善;对道床垂向位移、道床振动加速度有明显改善效果,道床垂向位移可增加50%以上,道床振动加速度可降低45%以上;道砟垫对动力响应的影响与列车速度、轨道不平顺波长和波深的关系不大;30 mm厚度的道砟垫对道床的弹性改善效果较好,且其产生的轨道整体动刚度与明桥面的轨道整体动刚度较接近,有利于实现明桥面和引桥的刚度过渡.