小半径曲线无缝线路稳定性有限元分析

研究目的：利用有限元法解决在温度力作用下无缝线路特别是小半径曲线的臌曲失稳问题。 研究方法：建立了包含钢轨、扣件、轨枕和道床阻力为一体的轨道框架模型，推导了相应的数值计算公式并编制了有限元程序。该模型还考虑了横向力对无缝线路稳定性的影响。 研究结果：得到了不同工况下钢轨横向位移一温度曲线，并与“统一公式”进行了比较。 研究结论：有限元方法在研究无缝线路稳定性方面是可行和有效的；有限元方法能计算出不同工况下的轨道结构从锁定轨温直到破坏全过程的横向位移，相对于“统一公式”，该方法可考虑各种复杂的工况，能更精确地反映轨道横向变形的趋势，从而为铁路工务部门养护维修提供理论指导。     

考虑多影响因素的无缝线路稳定性研究有限元法

根据轨道结构特点以及轨道胀轨变形特征,将扣件、轨枕和道床模拟成一个弹性约束单元,导出约束单元的扭转刚度,将线路初始弯曲变形部分模拟成初始弯曲变形单元,从而建立考虑线路初始弯曲变形部分位置发生变化、不同初始弯曲变形弦长和初始弯曲变形矢度以及不同钢轨类型和曲线半径对无缝线路临界温升影响的无缝线路稳定性研究有限元法。算例分析结果表明:曲线半径越大,初始弯曲变形弦长越小,60kg·m-1钢轨线路比50kg·m-1钢轨线路的稳定性更高;曲线半径越小,初始弯曲变形弦长越大,50kg·m-1钢轨线路比60kg·m-1钢轨线路的稳定性更高。对于曲线半径较小的线路,初始弯曲部位越靠近线路纵向两端,线路的稳定性越差;扣件、轨枕和道床组成的约束单元刚度降低,临界温升也随之降低,会影响无缝线路的稳定性。     

桥上无缝线路附加力计算模型研究

有碴桥上无缝线路采用小阻力扣件，在梁轨相对约束的条件下，钢轨、轨枕及梁跨结构三者之间将产生较明显的相对位移，以往的计算模型没有考虑轨枕和钢轨相对位移的影响，与有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路工况存在较大偏差．为此，建立了一种能综合考虑钢轨、轨枕、梁体三者相互作用的有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路附加力计算力学模型，给出了算例，对不同扣件纵向阻力工况下计算结果进行了对比．结果表明：扣件阻力明显影响钢轨及墩台附加力的变化，扣件阻力较小时，作用在墩台上及钢轨上的附加力变化较快，扣件阻力较大时，变化较慢；墩台刚度不同，则作用在墩台上及钢轨上各种附加力随扣件阻力的变化规律也有很大差别．     

桥上无缝线路附加力计算模型研究

有碴桥上无缝线路采用小阻力扣件,在梁轨相对约束的条件下,钢轨、轨枕及梁跨结构三者之间将产生较明显的相对位移,以往的计算模型没有考虑轨枕和钢轨相对位移的影响,与有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路工况存在较大偏差.为此,建立了一种能综合考虑钢轨、轨枕、梁体三者相互作用的有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路附加力计算力学模型,给出了算例,对不同扣件纵向阻力工况下计算结果进行了对比.结果表明:扣件阻力明显影响钢轨及墩台附加力的变化,扣件阻力较小时,作用在墩台上及钢轨上的附加力变化较快,扣件阻力较大时,变化较慢;墩台刚度不同,则作用在墩台上及钢轨上各种附加力随扣件阻力的变化规律也有很大差别.     

无砟轨道钢轨碎弯成因分析

对无砟轨道无缝线路钢轨碎弯成因进行了分析,认为钢轨纵向温度力、线路横向阻力和钢轨初始弯曲是影响轨条臌曲的主要因素.应用有限单元法建立了包括道床、扣件的钢轨碎弯分析模型,讨论了初始曲线线型及参数、升温幅度、轨道类型和线路阻力等对轨条碎弯幅值的影响.计算表明碎弯是无砟轨道无缝线路胀轨的表现,应严格控制初始弯曲和保证扣件横向阻力稳定,防止形成严重的轨条碎弯,影响行车安全.     

内外力矩平衡法计算无缝线路轨道稳定性

采用内外力矩平衡法,并考虑轨道原始弯曲和非线性道床横向阻力及扣件阻矩,在轨道变形曲线假设为半波正弦曲线的情况下,对无缝线路轨道稳定性进行分析,并推导出钢轨温度力计算公式。输入不同的轨道变形波长,通过优化理论找出最小的钢轨温度力。将此模型的计算结果与使用《铁路轨道设计规范》条文中的轨道稳定性计算方法所得结果进行对比,发现两者计算结果较为接近。相对误差不超过3.8%,从而证明此方法的正确性。     

无缝线路稳定性有限元分析

建立无缝线路横向胀曲的有限元模型,推导相应的数值计算公式,并编制计算程序。运用该模型,分析道床横向阻力、轨枕失效、扣件横向弹性系数、曲线半径、线路初始弯曲对无缝线路稳定性的影响,并提出提高轨道结构稳定性的具体措施。     

大型养路机械维修无缝线路稳定性的研究

大型养路机械维修无缝线路会使轨道的稳定性下降,本文应用有限元法,将轨道视为具有一定横向刚度的有限长梁,并具有一定的初始弯曲,钢轨和轨枕的连接为一系列弹簧,轨枕在道床上的阻力是随位移变化的非线性函数,采用荷载增量法迭代求解无缝线路的稳定性.并根据现场的实测道床阻力来对作业后的轨道稳定性进行监控和预测.     

连续梁桥上无缝线路附加力研究

以往对钢轨、轨枕及梁跨结构三者之间产生相对位移的计算模型,没有考虑轨枕位移的影响。在吸收国内外研究成果的基础上,建立了考虑钢轨、轨枕、梁体相互作用的连续梁桥上无缝线路梁、轨相互作用力学模型,并用该模型分析连续梁桥上无缝线路附加力分布规律,对两种力学模型计算结果进行对比。结果表明,挠曲附加力及断轨力受扣件阻力影响很大,降低幅度最多,伸缩附加力受扣件阻力影响小些,降低幅度次之;制动附加与扣件阻力关系不大,钢轨断缝值受扣件阻力影响很大,降低扣件阻力将导致断缝增大。     

轨道结构与桥梁共同作用力学计算模型的研究

轨道结构与桥梁共同作用的力学计算模型是解决轨道纵向位移阻力与梁轨相对信移相互作用计算问题的关键。本文采用平面杆系建立轨道结构与桥梁共同作有的力学计算模型，将轨道结构、梁体、支座、墩台、基础作为整体来考虑。桥梁和轨道的联结采用性梁单元模拟，其材料弹性模量和屈服应力通过轨道纵向位移阻力与梁轨相对位移关系的双折线化确定；同时为考虑梁跨挠曲对无缝线路钢轨受力的影响，梁跨高度采用刚臂模拟。通过对梁轨相互作用模型结构的试验结果和《铁路无缝线路》（1995年修订版）一书中桥上无缝线路钢轨力的钢轨变形微分方程解计算算例作比较，证实这一力学计算模型的合理性。     

简支梁桥上无缝道岔温度力与位移影响因素分析

将道岔、梁和墩台视为一个系统,建立简支梁桥上无缝道岔的有限元模型。根据变分原理和“对号入座”法则建立有限元方程组。以铺设一组43号道岔的18跨32 m混凝土简支梁桥为例,研究影响简支梁桥上无缝道岔受力与位移的因素,如支座布置形式、轨温变化幅度、梁温差、扣件阻力、道床阻力、限位器间隙、岔枕刚度、限位器位置、梁跨长度和桥墩刚度等。计算结果表明,简支梁桥上无缝道岔在温度荷载作用下,钢轨温度力在限位器处和限位器前梁端处同时出现两个峰值;与桥上无缝线路相比,桥上无缝道岔桥墩处的最大受力显著增大;当梁与导轨同向伸缩时,岔区内钢轨位移较大;限位器应布置在梁跨中部;限位器间隙对桥上无缝道岔的受力与位移有双重影响;岔区内钢轨的受力与位移随桥墩刚度增大而减小;岔区内采用较大的扣件阻力和道床阻力,岔区外采用较小的扣件阻力和道床阻力,可以降低钢轨附加温度力。     

无缝线路稳定性可靠度计算及参数敏感性分析

随着我国铁路提速进程的推进,对轨道平顺性的要求日益提高,有砟轨道无缝线路稳定性的研究就显得更加重要。无缝线路稳定性的设计参数（道床横向阻力、轨道原始弯曲、钢轨温升幅度、扣件阻矩系数）具有明显的随机性,运用概率方法对无缝线路稳定性进行分析是十分必要的。本文基于蒙特卡洛方法,分析无缝线路稳定性可靠度,并且采用单参数敏感性分析法,通过改变各参数的平均值,而保持其变异系数不变,对设计参数进行敏感性分析。结果表明,设计参数中的道床横向阻力、轨道原始弯曲、钢轨温升幅度对于无缝线路稳定性可靠度具有较高的敏感性,而扣件阻矩系数对可靠度的影响较小。并且得出一些对于保障行车安全和提高线路养护维修的效益有一定参考价值的结论。     

站区到发线无缝线路稳定性现场测试与计算分析

以在武汉纸坊站和武昌南站进行道床横向阻力现场测试获取的标准道床横向阻力不同的测点实测数据作为初始参数,利用有限元软件建立无缝线路稳定性有限元模型并进行计算,分析站区无缝线路的稳定性。研究结果表明:轨枕端头道砟缺失区段标准道床横向阻力偏小,且容许温升小于规范要求,应及时维修;利用移动加载车进行定点静态加载试验,推导出轨枕横向位移与车测钢轨横向位移的线性关系;通过移动加载试验,提出移动加载时轨枕横向位移不应大于0.60 mm的限值;通过理论计算得出移动加载时的轨枕横向位移曲线,现场发现轨枕横向位移超过0.60 mm的区段道床明显破坏,应及时补充道砟并捣固以确保无缝线路的稳定性。     

高速铁路斜拉桥上无缝线路纵向力研究

采用带刚臂的梁单元模拟桥梁,用非线性弹簧模拟线路纵向阻力,并采用相关文献试验结果进行验证。以该模型为基础,建立塔-索-轨-梁-墩-桩的斜拉桥整体空间有限元模型。以沪昆高速铁路某(32+80+112)m槽型截面单塔斜拉桥为例,对斜拉桥上无缝线路纵向力传递规律进行分析;计算纵向力对斜拉索和塔墩影响;探讨桥梁截面形式、线路纵向阻力模型、斜拉桥约束方式、主梁和拉索温度变化、风压以及钢轨伸缩调节器设置位置等设计参数对纵向力影响;提出相关取值建议。     

无缝线路稳定的铁摩辛柯能量法分析

利用铁摩辛柯能量法推导无缝线路稳定性计算公式。将轨道视为一根具有一定横向刚度铺设在连续弹性介质(道床)的有限长梁。在临界温度压力作用下,具有初始不平顺的钢轨产生微小的横向变形,且处于微弯平衡状态。根据钢轨应变能增量与外力功的改变相等,直接运用铁摩辛柯能量法,推导出临界温度压力计算公式,编写相应的计算程序,计算具体算例,获得与统一公式计算接近的结果。将曲线半径、道床横向阻力、弹性弯曲矢度、塑性弯曲矢度等参数取不同值代入计算程序,得出各种参数变化对无缝线路稳定性的影响。并据此提出线路养护工作中保证稳定的重要原则。     

梁体温差对桥上无砟轨道横向稳定性影响研究

随着桥上无缝线路在运营中出现各种病害,桥上无砟轨道的横向稳定性问题越来越引起重视。基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道横向稳定性分析模型,分别计算分析梁体在均匀温度和双向温度梯度下对无砟轨道结构横向变形的影响,有益于进一步深入研究桥上无砟轨道的横向变形机理。结果表明:与均匀温度荷载相比,双向温度梯度荷载对无砟轨道结构横向变形影响相对较小,但对钢轨轨距的影响较大,桥上无砟轨道结构的横向稳定性受梁体伸缩附加力与梁体几何形变的共同影响。因此建议在设计桥上无缝线路时,无论考虑哪种梁体温差荷载,都需要对桥上无砟轨道结构的横向稳定性进行检算。     

大跨度桥上钢轨伸缩调节器区轨道病害分析与监测研究

通过对我国大跨度桥上梁端钢轨伸缩调节器及梁缝处抬轨装置的调研和现场实测,得出该区域轨道结构可出现的病害有轨道几何形位保持不良、混凝土轨枕与钢枕歪斜、混凝土轨枕拉裂、剪刀叉发生弯曲或扭曲、钢枕或混凝土轨枕与梁端挡砟墙间顶死等。通过理论分析,得出病害发生的主要原因是由于轨排框架左右枕端道床阻力不等导致轨排变成平行四边形,从而导致轨枕及悬挂式钢枕发生歪斜,剪刀叉发生弯曲或扭曲,严重时还导致轨枕开裂。针对病害的预防和整治,提出应对钢轨伸缩调节器区轨道结构开展监测,并详细介绍监测的内容及方法。     

无缝线路横向鼓曲失稳分析

运用有限单元法和无缝线路横向鼓曲稳定性理论,建立无缝线路横向稳定性计算模型,分析钢轨初始弯曲矢度、波长、导曲线半径及道床横向阻力对无缝线路稳定性的影响,提出提高无缝线路横向稳定性的具体措施。     

跨兴闫公路特大桥无缝线路综合试验研究

跨兴闫公路特大桥无缝线路综合试验是秦沈客运专线跨区间无缝线路关键技术试验研究的内容之一,内容包括桥墩纵向刚度、梁体温度变化、道床纵向阻力、伸缩力、挠曲力、梁轨纵向相对位移等测试。总结了各项试验内容的试验方法和试验结果,采用实测参数计算了伸缩力和挠曲力的理论值。结果表明:理论值与试验值基本一致;试验经验和测试结果对于验证桥上无缝线路的理论分析模型,提高桥上无缝线路的设计水平具有重要意义。