不同类型轨枕轨道结构动力性能试验研究

加强轨道结构是列车提速前线路改造的主要内容之一。目前在提速线路上有Ⅲ型枕和Ⅱ型枕轨道结构,不同的轨道结构具有不同的动力特性。本文就Ⅲ型枕和新Ⅱ型枕轨道结构的动力特性进行试验研究。试验时采用落轴和动力激振两种加载方法,测试轨道结构的动力响应有轮轨作用力、轨座反力、钢轨和轨枕振动加速度。测试结果表明,Ⅲ型枕的质量较大,轨道结构的刚度也较新Ⅱ型枕的大得多。落轴试验时,Ⅲ型枕轨道结构的钢轨、轨枕振动加速度都比新Ⅱ型枕的小,且Ⅲ型枕的振动频率也要低得多,但两种类型轨枕轨道结构的轮轨冲击力相接近。现场试验表明,Ⅲ型枕轨道结构更加稳定。根据试验结果,认为为提高提速线路的稳定性和延长维修养护周期,在列车速度大于160 km/h的线路上宜采用Ⅲ型枕、60 kg/m钢轨的轨道结构。     

国内外弹性轨枕的研究与应用

铺设弹性轨枕是减少有砟轨道结构道床养护维修工作量的一项重要技术措施,国内外均对此开展了大量研究工作。国内外研究现状的总结分析表明:弹性轨枕对于轨道的刚度均匀化、减少道床应力、减轻道床及下部基础的冲击效应具有一定的效果,但铺设弹性轨枕的线路存在轨枕横向阻力降低、钢轨和轨枕振动加速度增大、道床不稳定、线路噪声增加等问题;设计时枕下弹性垫板刚度应与轨道结构的整体受力统一考虑,硬的轨下垫板与非常软的枕下弹性垫板组合使用可能会导致轨枕出现裂纹,软的轨下垫板与硬的枕下弹性垫板组合为较合理的配置方式。总体来看,弹性轨枕对于改善整个轨道结构弹性是有利的,可在下部基础刚度较大的特殊区段使用。     

既有线提速路基动力响应特性研究

通过沪宁线提速路基的现场动态试验,在实测轨道不平顺、车速为120~200 km.h-1情况下,采用动力有限元方法计算铁路路基的动力响应。分析路基动应力的分布形式、路基动应力随列车速度的变化规律、路基动应力随深度的衰减规律,以及道床厚度、路堤高度对路基动应力影响规律。研究表明:路基动应力随列车速度的提高而呈线性增加;路基动应力总体上呈双峰的马鞍型分布,且随着路基深度增加,双峰的幅度减小,直至双峰消失,变为路基中心动应力最大的单峰型;随道床厚度的增加,路基竖向动应力显著减小;路堤高度的增加对路基动应力的影响不大,但可有效减小地基表面的动应力。     

胶济线涵顶铺设弹性轨枕的动力分析研究

文章分析胶济客运专线涵洞上铺设弹性轨枕时轮轨系统的动力特性。研究表明,弹性轨枕能显著提高轨道弹性,能够解决涵洞顶部填土不足造成的轨道刚度突变,比普通轨枕更利于保持轨道结构的稳定,具有良好的动力减振性能,能有效解决胶济线涵洞路段轨道刚度不足。     

京秦线提速路涵过渡段动力仿真与试验对比

结合京秦线提速改造工程进行了列车 路基动力仿真计算。在不同速度条件下,通过对路涵过渡段加固前后状态下机车车辆运行安全舒适性指标、轨道及路基主要动力性能指标的分析计算,对京秦既有线路涵过渡段提速到200km/h的适应性及加固方案的可行性提出了相应评价意见与建议,并与随后的实车试验进行了对比。试验测试结果验证了仿真分析的可靠性。     

普速铁路涵洞覆土厚度不足地段轨道减振措施研究

既有线经提速改造后,因标准提高,出现涵洞地段原有的覆土厚度不满足规范要求,列车通过时引起较大振动,必须采取相应的轨道减振措施。调研常用的轨道减振方法,结合既有宁启线200 km/h提速工程实例,运用车辆-轨道耦合动力学理论,对不同减振方案下车辆、轨道、路基的动力学指标进行仿真计算。计算结果表明:不减振措施方案,不能满足时速200 km线路要求;减振方案各项计算结果均满足相关规定要求,能满足时速200 km线路要求。根据仿真计算结果,综合分析施工方便性、整治后的工后沉降以及综合经济性指标后,对200 km/h提速工程涵洞覆土厚度不足地段得出以下结论:0.65 m≤覆土厚度h≤1.2 m地段,采用弹性长轨枕方案,覆土厚度h0.65 m地段,采取线路纵断面调整措施将覆土厚度调整至0.65 m以上。     

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.     

重载铁路有砟轨道用弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法研究

在重载铁路有砟轨道区段铺设弹性轨枕可有效降低轮轨相互作用,减缓桥隧区段道砟粉化,从而延长轨道结构养护维修周期。有砟轨道弹性轨枕枕下垫层静刚度值是结构体系中的重要参数,直接影响弹性轨枕的应用效果。我国早期制定的标准中弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法不尽合理。本文在总结对比国内外标准的基础上,结合室内试验,对弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法从枕下垫层静刚度大小的评估方法、试件的制作及支承状态、静刚度计算时荷载取值范围三个方面进行了优化,可为我国重载铁路有砟轨道弹性轨枕结构设计提供参考。     

高速铁路桥上有砟轨道结构力学特性分析

在京沪高速铁路济南黄河大桥有砟轨道开展了系统性的动力试验,内容包括列车运行安全性指标和轨道结构稳定性参数等。测试结果表明:京沪高速铁路时速250～350 km动车组通过桥上有砟轨道时,实测脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力均在相应安全限值以内;钢轨横向位移、轨枕横向位移、动态轨距变化量与列车运行速度均呈现出正相关的关系;采用弹性轨枕有利于改善高速铁路桥上有砟轨道的弹性,但会降低道床横向阻力和轨枕支承刚度,应重点关注弹性轨枕区段道床横向稳定性;既有标准中对轨枕支承刚度的规定对高速铁路桥上铺设弹性轨枕的有砟轨道区段不完全适用,建议提出相应的验收标准。     

轨枕悬空条件下的列车-轨道系统竖向振动响应研究

针对道床作为散体结构本身具有弹、塑性,在列车荷载的反复作用下会发生沉降,沉降的不均匀导致轨枕悬空的情况,基于列车—轨道系统竖向振动分析方法,研究1根和几根轨枕悬空时列车—轨道系统的竖向动力响应。计算结果表明,当列车通过悬空轨枕时轮轨相互作用增大,其中轨枕的竖向位移及加速度增长最明显,且随着悬空轨枕的根数增加,动力响应增长越明显;即使毗邻轨枕的支承良好,也受到悬空轨枕的影响,轨枕位移及加速度增长显著;轨枕悬空会加速轨道结构的破坏,甚至危及行车安全。     

隧道内有砟轨道铺设弹性轨枕的动力特性分析

弹性轨枕已被应用于国内外多条有砟轨道线路,铺设于路基、桥涵地段以减小道砟受力。为探明隧道内有砟轨道铺设弹性轨枕的适用性及其减振性能,基于动力学理论与有限元法,建立车辆-有砟轨道-隧道空间耦合动力学模型,分析弹性轨枕对车辆、轨道以及隧道动力响应的影响,并对枕下垫层合理刚度进行探讨。结果表明:弹性轨枕能保证隧道内行车的安全性和平稳性,车辆动力学指标变化不大;枕下垫层会导致钢轨、轨枕垂向位移显著增加,但可大幅降低有砟道床动态响应;相比普通有砟轨道,弹性轨枕具有很好的减振效果,隧道壁振动最大减小17dB,发生于80Hz中心频率处;从控制轨道振动和位移、保证减振效果的角度考虑,建议枕下垫层刚度取40~60kN/mm。     

金山铁路既有线提速路基动力响应分析

基于无限元人工边界和基床—路堤—场地子结构系统,建立上海金山铁路既有线有限元模型,根据实测路基响应特征构造基床顶面动荷载,模拟列车以现行速度通过路基产生的动荷载,分析列车在现行速度43km· h-1和目标速度160 km· h-1范围内变化时,普通路基在动荷载作用下的动力响应规律.研究发现:如果既有线路基床不改造,列车速度从43km· h-1提高至160km· h-1时,基床顶面动应力峰值将增大17％左右;路基面动应力沿基面以下深度方向呈指数形态衰减;与现行速度条件下基床顶面以下6.2m的影响深度相比,提速后影响深度增加了1.2m.     

西安铁路局加强西宝段工务系统安全基础建设

西安铁路局围绕第六次大面积提速,加强工务系统安全基础建设,拨移线间距和调整线路纵坡,更换可动心轨道岔,利用全站仪校核提速区段道岔、线路平纵断面位置,正线铺设跨区间无缝线路,采用探地雷达等物探方法对路基进行检测。在提速线路基础改造方面,铺设百米定尺钢轨无缝线路约20?km,研究完成"提高钢轨伤损发现率"等13项安全成果,创造性地采用挖掘机对既有道床进行彻底清挖,采用路基检测新技术对路基进行普查。制定《200~250?km/h提速区段设备检修和安全管理办法》和《西安铁路局〈铁路200?km/h既有线技术管理暂行办法〉补充规定》,明确西宝提速区段设备检修标准和施工管理办法。     

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。     

既有线提速改造施工中轨道几何状态监控

结合宁启铁路既有线提速改造工程,分析涵洞接长或顶进、三角区回填及涵顶积水、插拔钢板桩、架设便梁、轨枕更换、线路拨接、路基帮宽、无缝线路铺设等影响既有线轨道几何状态的主要因素,以及轨道检查车、晃车仪、添乘仪的监控数据,并将监控数据与施工影响因素进行对比。针对施工影响因素,提出加强既有线轨道几何状态动静态监控、加强线路沉降观测和线路检查等措施。     

提速铁路过渡段的动力响应测试分析

为了评价提速线路路桥过渡段对于轨道结构动力响应的改善程度,本文对京九线过渡段的设计及轨道动力响应测试进行了研究,过渡段的设计采用20m的级配碎石填筑,轨道动力响应测试参数为钢轨垂直力、钢轨加速度、轨枕加速度。测试表明,当路桥连接处设了轨道过渡段时,列车从低刚度轨道到高刚度轨道时,钢轨垂直力、钢轨加速度、轨枕加速度是由小逐渐增大的,没有突变;当列车从高刚度轨道到低刚度轨道时,钢轨垂直力、钢轨加速度、轨枕加速度是由大逐渐减小,没有突变。当路桥连接处没有设置轨道过渡段时,列车从高刚度轨道到低刚度轨道运行时,其动力响应突然减小,有突变。通过对设有过渡段及没有设过渡段的路桥连接处实测分析可知,当列车速度小于200 km／h时,采用长度为20 m的级配碎石填筑轨道过渡段,对减小过渡段轨道动力响应非常有利。     

既有线32 m下承式钢板梁加固方案的车-桥动力仿真分析

为配合沪宁线250 km·h-1提速改造工程,运用车桥耦合振动方法,从车辆和桥梁动力响应角度,对一挠跨比、跨中梁体横向振幅及横向加速度均超过<铁路桥检规>通常值的32 m下承式钢板梁进行加固方案比选.车-桥仿真计算结果表明:加强主梁可以明显提高桥梁的竖向刚度和横向刚度,降低车辆的轮重减载率和车体垂向加速度;增加横向连接系措施可以降低桥梁横向振动加速度;当车速超过220 km·h-1时,可降低车辆的脱轨系数;2种桥梁加固措施几乎不改变车体横向加速度;同时采取加强主梁和增加横向连接系的不同加固方案的效果相差不大.加固后的现场试验表明,该桥的竖向刚度提高明显,比加固前提高约50%,桥梁和车辆的动力响应也均满足相关规定,能够保证提速条件下列车运营的安全性、舒适性和平稳性.     

TDZ Ⅲ型复合弹性轨枕的技术经济分析

我国既有铁路桥涵等地段的道床厚度普遍不足,成为制约既有铁路提速和重载发展的因素之一。通过对复合弹性轨枕的技术经济分析表明,既有线换铺弹性轨枕技术上是合理的,经济上是可行的。结合试验和工程实践,对桥上线路抬道作业和涵洞改造进行了分析比较,铺设复合弹性轨枕和轨下垫板费用低,改善了轨道结构的使用性能和轨道的各项动力性能,降低了道床残余变形累积速率,保持了道床的稳定性,减少了维护成本,降低了能耗和施工作业对运输生产的干扰。     

大跨度铁路无砟轨道桥梁动力性能试验研究

为检验、评估铁路大跨度预应力混凝土连续刚构桥梁的动力性能,验证大跨度桥上纵连板式无砟轨道的设计方法,对遂渝线新北碚嘉陵江大桥主桥(94 m 168 m 84 m)进行全桥动力试验研究.该桥的自振特性以及200 km·h-1速度等级CRH2动车组和120 km·h-1速度等级货物列车以不同速度通过桥梁时桥跨结构动力响应的试验结果表明,新北碚嘉陵江大桥连续刚构桥动力性能良好,具有良好的竖向刚度、横向刚度和结构强度,能够满足CRH2动车组以160～200 km·h-1速度、120 km·h-1速度等级货物列车以70～120 km·h-1速度运行的安全性要求.     

弹性轨枕有碴轨道动力响应分析

利用车辆-轨道耦合动力学理论所编制的程序,计算弹性轨枕有碴轨道与普通轨枕有碴轨道在相同工况下的动力响应。通过对两种轨道动力响应的对比分析,表明弹性轨枕不仅能够提高轨道弹性,缓和列车冲击,减轻道床振动,减少道碴粉化,延长轨道维护周期,还能保持行车的安全性与平稳性。