山地轨道交通齿轨扣件系统研究北大核心

针对山区山地轨道交通爬坡坡度大、地段展线设计施工困难等特点,本文研究设计了一种安全性好、易于施工调整且具有较大纵向阻力的齿轨扣件系统。该扣件通过摩擦力提供齿轨纵向阻力,无须在齿轨轨腰处打孔,便于齿轨的安装调整。该扣件可使齿轨左右位置调整量达到±10 mm的连续无极调整;同时齿轨高低位置调整量为-7~+15 mm,填补了无孔式齿轨扣件的技术空白。对山地轨道交通齿轨扣件进行了试制及组装性能试验。结果表明:单组齿轨扣件最大可实现29.6 kN的纵向阻力,满足山地轨道交通运行的要求。     

专用铁路简支梁桥上铺设50 m长钢轨预留轨缝研究

为确定常用跨度简支梁桥上50 m长钢轨合理的预留轨缝,基于梁轨相互作用原理,建立了钢轨-接头-轨枕-桥梁-墩台一体化计算模型,并从5×32 m简支梁桥上梁轨相互作用引起的钢轨及桥墩纵向受力两方面验证了模型的正确性。以某专用线上的10×32 m简支梁桥为例,分析了轨温变化幅度、基本轨接头阻力、护轨阻力等对桥上50 m长钢轨接头轨缝改变量的影响。研究结果表明:梁轨相互作用对桥上50 m长钢轨接头轨缝会产生显著影响,并且影响程度与接头所处位置相关;轨缝改变量随着基本轨接头阻力和护轨扣件阻力的增加而降低,受护轨接头阻力和墩台纵向水平刚度的影响较小;跨度为24 m、32 m简支梁桥上铺设50 m长钢轨的接头螺栓扭矩应按照900N·m设计,且运营中还应该加强螺栓扭矩检查,确保降幅不超过15%。     

时速160km及以上接触轨工程关键方案研究

随着我国城轨建设规模逐渐增大，城市轨道交通线路设计速度达到160 km/h及以上是必然发展趋势，既有接触轨系统的使用速度限制在120 km/h以下，因此需要对速度160 km/h及以上接触轨系统进行研究，以满足长大区间城轨列车高速运行的需求。研究表明：优化集电靴结构参数，将集电靴等效刚度阻尼从1 000 N·s/m增至2 000 N·s/m，集电靴滑板质量从2.4 kg减至1 kg，可显著提升靴轨受流质量；采用优化后集电靴参数进行仿真分析，接触轨的跨距可以采用5 m；减小支撑结构刚度有利于提高靴轨动态性能，支撑结构的刚度建议为5k N/m；端部弯头采用1∶60的坡度，靴轨动态性能更好。     

考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道纵向力学性能研究

盾构隧道朝着超大断面发展,其内部结构形式愈加复杂多样化,内部结构对盾构隧道纵向力学性能的影响值得探讨。为研究考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道纵向力学性能,以济南黄河隧道为工程背景,建立31环考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道三维有限元实体模型,以集中力的形式作用在第16环管片环进行加载。结果表明:盾构隧道考虑内部结构后,通缝拼装隧道和错缝拼装隧道纵向刚度有效率分别提高21.4%~61.9%和14.3%~35.3%,说明内部结构能够有效提高盾构隧道的纵向刚度;通缝拼装隧道和错缝拼装隧道加载环最大Mises应力分别减小61.3%和69.2%,说明内部结构能够起到承载作用;隧道管片与内部结构会发生应力集中现象;错缝拼装形式有利于减小内部结构在纵向上的位移变形,同时内部结构的侧墙在施工时应尽可能保证混凝土的密实。     

城市轨道交通连续桩板结构上无缝线路纵向力分析

连续桩板结构与无缝线路间的梁轨相互作用规律复杂,为研究该结构上无缝线路的纵向力规律,以福州地铁6号线某一连续桩板结构过渡段为工程背景,运用梁轨相互作用原理,建立此过渡段梁轨相互作用有限元模型,进而分析该过渡段上无缝线路纵向力规律。研究结果表明:钢轨制动力受桥梁跨数,结构纵向刚度以及制动荷载位置的影响较大;简支梁桥上列车制动时,应以制挠力为分析指标;桩板结构上列车制动时,可以制动力为主要分析指标。桩板结构上钢轨伸缩力呈对称分布,且远大于简支梁桥上的钢轨伸缩力;增设变形缝能显著减小桩板结构上的钢轨伸缩力。对于长距离连续桩板结构,可在结构中点处设置钢轨伸缩调节器;钢轨断缝值受桩板结构温降影响显著,两者呈线性变化。     

102型车钩与重载机车二系悬挂参数匹配研究

机车二系悬挂参数对重载车钩受压稳定性影响显著，为了探究102型车钩与重载机车二系悬挂参数的合理匹配，文章利用SIMPACK软件建立了详细的102车钩与HXD1型八轴重载机车组成的双机重联动力学模型，分析了不同计算工况下车钩力学特性与重载机车的安全性能；对比了不同车钩自由角及纵向力作用下，二系悬挂参数对机车安全性的影响。结果表明：当纵向压力较小时车钩转角稳定在自由角，机车轮轴横向力随车钩自由角及机车二系悬挂横向刚度增大而增大，与车钩纵向力无关。当纵向车钩压力增大到车钩需克服复原块预压缩载荷发生偏转时，车钩转角进一步增大，此时适当增加机车二系横向刚度有利于车钩稳定且影响较小。为保障制动工况下列车的运行安全，建议控制车钩自由角在6°以内，转向架单侧二系横向刚度范围在0.45～0.60 kN/mm；二系横向止挡间隙选择35 mm自由间隙及5 mm弹性间隙。     

高速铁路温度场作用下桥上无缝道岔与桥梁相互作用研究

采用通用有限元软件MIDAS/CIVIL建立郑西客运专线渭南北站桥上单开和渡线无缝道岔—桥梁有限元模型,研究温度场作用下无缝道岔与桥梁的相互作用。结果表明:在温度荷载作用下,单开道岔和渡线道岔区钢轨的纵向位移远大于横向位移,最大横向位移约为1~2mm,最大纵向位移约为20~30mm,但均小于钢轨位移允许限值40mm;单开道岔和渡线无缝道岔区钢轨的最大温度纵向力分别为1 303和1 340kN,均发生在连续梁梁缝附近约20m范围内,因此应加强该区域钢轨的监测和养护,防止出现夏季胀轨、冬季断轨的现象,且建议在梁缝处适当减小扣件阻力;单开道岔和渡线道岔区梁体的横向位移非常接近且均较小,最大值分别为2.7和2.8mm,但梁体的纵向位移差异较大,最大值分别为5.3和26.8mm,且均发生在梁端部;无缝道岔区钢轨的温度变形对桥梁的纵向和横向位移影响均很小,梁体均匀温升是引起梁体变形的主要原因,因此桥梁的养护维修可不必过于关注道岔区温度力的影响。     

不同内部结构类型对盾构隧道纵向力学性能的影响

为研究不同内部结构类型对盾构隧道纵向力学性能的影响,以济南黄河隧道和武汉两湖隧道(东湖段)为工程依托,利用大型通用有限元软件ABAQUS建立三维实体精细化数值模型,研究公轨合建型内部结构和双层公路型内部结构对隧道变形、刚度及受力的影响。研究结果表明：(1)内部结构能显著提高隧道纵向刚度,隧道考虑公轨合建型内部结构后,跨中位移最大减小了39.3%,考虑双层公路内部结构后,跨中位移最大减小了28.4%;(2)两种类型内部结构对通缝拼装隧道刚度提升更明显,且公轨合建型内部结构提升效果优于双层公路型,对于通缝与错缝两种拼装方式的隧道,其纵向刚度有效率考虑公轨合建型内部结构后分别提高了15.1%～64.8%和11.7%～30.6%,考虑双层公路型内部结构后分别提高了17.5%～39.6%和12.5%～30%;(3)内部结构在盾构隧道中能够起到承载作用;(4)内部结构变形以错台、张开为主,且内部结构连接点处应力值较大,在实际工程中应谨慎选择连接方式。     

中低速磁浮轨道F型钢轨新型接头的设计

中低速磁浮交通采用有缝线路、非对称形状复杂的F型钢轨,F型钢轨接头是磁浮列车安全、平稳和快速运行的关键。基于既有J I型和J II型接头出现的竖向不平顺、振动等问题,提出了两种新型接头方案。新型J I型接头中新设的导向限位槽、燕尾键、U型连接板等结构增强了接头横向对中性能、抗扭刚度和防高差错位能力,且适应于0~30 mm的轨缝变化。新型J II型接头中新设的主副限位扣和弹性复位元件等可有效适应主F型钢轨的温差伸缩变形,并实现副F型钢轨纵向自动对中性能;其防转垫圈实现了直线段和曲线段F型钢轨的自由伸缩,可适应0~40 mm的轨缝变化幅度。     

服役加工硬化后高锰钢辙叉心轨应力/应变场分析

本文建立由铁路辙叉和列车车轮组成的三维弹-塑性有限元模型,研究高锰钢辙叉心轨的应力/应变场。文中考虑辙叉心轨在顶宽50mm处的两种服役状态——服役前期未发生加工硬化和服役后期发生加工硬化,分析加工硬化对心轨应力/应变大小和分布的影响。对服役加工硬化的情况,考虑到距离工作表面不同深度处辙叉材料性能的不同,将心轨局部模型分层,并设置各层的材料性能;对未发生加工硬化的情况,为模型设置均匀的材料性能。结果表明,两种服役状态下辙叉心轨的von Mises应力和等效塑性应变均随深度的增加先快速增大,然后逐渐减小;与服役初期相比,服役后期心轨的最大等效应力增大约23%,最大等效塑性应变则降低约40%;塑性变形区域也明显减小,这是由于心轨在服役加工硬化后屈服强度已大幅提高。因此,在很大程度上,服役后期的加工硬化起着抑制心轨顶面塌陷和飞边形成的作用。此外,与未加工硬化心轨相比,加工硬化后心轨的最大等效应变与工作表面的距离由0.8mm增大到了1.5mm,这表明易产生裂纹的位置有远离心轨表面的趋势。     

高速客车曲线通过性能及稳定性研究

针对高速客车曲线通过横向振动数学模型,基于matlab数值仿真对车辆系统稳态曲线通过性能进行研究,采用升速法计算出系统的非线性临界速度,分析系统超过临界速度后蛇行失稳现象及车辆稳态通过曲线时一系、二系悬挂刚度对轮轨横向力、轮对冲角、轮对横移量的影响。结果表明,车辆曲线通过性能主要与一系纵向刚度有关,并且对一系纵向刚度值在相对较小范围内变化比较敏感;当曲线半径为3500 m,外轨超高量为60 mm时,系统非线性临界速度为46.5 m/s,较直线轨道减小,稳定性降低。     

跨座式单轨道岔处接触轨设计方案研究

为解决跨座式单轨道岔区域接触轨断口引起的授流质量下降,产生电弧等问题。采用连续贯通布置方案,将接触轨敷设于不同类型道岔区域,在道岔转动端采用指形搭接道岔过渡装置,在道岔摆动端采用分段绝缘器并搭接,使集电靴平滑过渡并起到电气绝缘作用;中心锚节设置于道岔转动轴处或摆动端部,以减小接触轨相对位移;通过接触轨、道岔热涨系数计算道岔过渡装置和分段绝缘器伸缩量,从而确定接触轨端部之间和距道岔梁间隙,保证后期运行过程中不与道岔发生摆动干涉。研究表明,对关键零部件进行研究优化,可使集电靴在道岔区域平滑过渡,减少产生电弧,改善靴轨关系,提高接触轨、集电靴的使用寿命。     

基于轨道结构高差特征值的CRTSⅡ型板离缝定量检测方法

高速铁路无砟轨道的离缝病害对行车安全至关重要,对此提出一种基于轨道板-支承层相对高差特征值的离缝定量检测方法。通过集成线结构光等传感器构建离缝检测原型系统设备,用于采集轨道轮廓线;将轨道轮廓线按轨道结构分成三段并基于RANSAC算法分别进行拟合,拟合直线相交两点间的距离以此作为轨道结构高差特征值;以轨枕位置为里程定位基准,对比同一区段内轨道结构高差特征值的多次检测结果,通过变化量精确计算离缝病害的长度和高度值。在此基础上进行线路试验,结果表明：检测系统多次重复测量结果的标准偏差系数稳定在2%以内;在95%的置信度下,重复测量偏差小于0.25 mm;将检测结果与铁路部门当期的病害库进行对比,离缝高度和长度检测结果的平均绝对误差分别为0.24 mm和0.34 m,均方对数误差值分别为0.011和0.017。     

安装高度及角度偏差对应答器作用距离影响研究

应答器报文传输的准确性直接影响行车安全，针对应答器传输系统作用过程，分析其工作原理，研究安装高度与角度偏差对应答器作用距离的影响。以应答器上行链路信息传输为研究对象，建立矩形天线空间磁场分布、BTM接收上行链路信号幅度及应答器角度偏差理论模型，仿真不同安装高度、角度偏差下车载天线接收上行链路信号幅度曲线，计算分析上述条件下应答器作用距离变化情况。研究表明：(1)车载天线与应答器间垂直距离为360 mm时，作用距离达到最大，为737.6 mm;(2)应答器发生倾斜对其作用距离影响较小，俯仰角越大，应答器两侧作用距离、磁场强度呈相反变化越明显，作用距离随偏转角增大呈线性递减，相比纵向安装，应答器横向安装平均作用距离减小114.4 mm;(3)车载天线与应答器间垂直距离越大，容许偏转角偏差越大。     

中低速磁浮车辆-轨道-桥梁垂向耦合振动仿真分析

以长沙中低速磁浮列车和25 m跨径简支梁为对象,建立包含完整悬浮控制系统和细致轨道结构的磁浮车辆-轨道-桥梁垂向耦合振动模型,编制数值仿真程序,计算车辆以80 km/h速度通过不平顺线路时车轨桥耦合动力学响应,利用已有文献测试结果初步验证仿真模型。结果表明,车体的垂向振动很小,悬浮间隙波动量不超过0. 6 mm,最大动态悬浮力占额定悬浮力的24%,中低速磁浮车辆运行平稳,电磁铁动荷载系数低。桥梁跨中垂向挠度为2. 66 mm,小于磁浮简支梁挠跨比设计限值;跨中轨缝处F轨最大垂向位移为3. 04 mm,其中包含轨排自身弹性变形产生的0. 4 mm垂向位移,约占F轨总位移的13%。梁端和跨中处伸缩接头很好地限制F轨端部变形,但F轨端部垂向加速度幅值超过2g,约为中部的4倍,这对F轨伸缩缝连接副提出较高要求。     

时速250公里以下客运专线(城际铁路)建筑限界研究

根据城际铁路及其列车的实际情况,以CRH系列动车组为主要计算车辆,应用ADAMS/Rail软件建立车辆动力学仿真模型,仿真计算CRH系列动车组的车体横向动态偏移量,并结合横向静态偏移量和车体制造公差确定车体动态包络线.与客运专线联调联试和综合试验测得的站台高度位置处车体最大横向偏移量对比,验证了仿真结果的可靠性.借鉴地铁限界的设置原则,根据仿真计算结果,考虑适当的安全间隙及其他限制因素,确定城际铁路建筑限界轮廓的基本尺寸.其中,最大半宽为2 200 mm,最大高度为7 250 mm;地面侧线站台限界宽度宜维持1 750 mm,地面正线站台限界宽度为1 800 mm,地下站台限界宽度取1 750 mm.该建筑限界轮廓能够适应现行桥梁和隧道设计要求.     

轮轨接触位置对钢轨斜裂纹扩展行为影响的仿真

采用ANSYS软件，仿真研究不同线路条件下轮轨接触位置变化对钢轨踏面斜裂纹扩展行为的影响。分析表明：轮轨接触位置沿纵向仅在距离钢轨踏面斜裂纹左右各1／4跨距范围内对斜裂纹扩展有突出影响，其余位置影响很小，可以忽略。在直线线路，当轮轨接触位置位于轨顶面中央时，钢轨踏面斜裂纹以Ⅰ-Ⅲ型的复合型方式扩展为主，扩展缓慢；偏离轨顶面中央5mm，钢轨踏面斜裂纹则以Ⅰ-Ⅱ型的复合型方式扩展为主，在踏面以下4mm内可能发生水平转向，5．8～12mm内容易发生横向转向。在800m曲线线路外股，当轮轨接触位置偏离轨顶面中央16．5mm时，钢轨踏面斜裂纹以Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型的复合型方式扩展为主，而且比直线线路扩展迅速；在踏面以下2．1～4．8mm内，斜裂纹可能发生水平转向，而一旦扩展至更深位置时很可能会保持初始角度扩展下去。     

液压杆式自适应超高轨枕结构强度及影响因素分析

针对小半径曲线段上出现过超高与欠超高的现象,提出一种能够自动调节超高值的液压杆式轨枕,对轨枕的结构组成和工作原理作简要说明.基于有限元法建立轨枕及下部结构的三维模型,在此基础上,分析在列车荷载作用下,轨枕及下部装置在不同外轨超高状态下的结构强度,同时对比铰接件垫板面积、铰接件宽度、导向块长度和外轨支承钢块厚度等参数对轨枕及下部装置的结构强度的影响规律.研究结果表明:在承受垂向、纵向、横向荷载且轨枕外轨超高在150 mm以内时,轨枕及下部结构强度均符合材料强度要求;增加垫板面积能够降低铰接件和外轨处钢枕部位承受的最大压应力;增加导向块长度能降低导向块所承受的最大拉应力和最大压应力;铰接件宽度的增大不利于增加铰接件处的强度;支承钢块的厚度可适当减少来降低轨枕及下部装置整体重心.     

交通荷载下叠合式公轨隧道的力学性状研究

为模拟交通荷载,引入并改进三车道元胞自动机得到汽车荷载作用位置的随机动态变化,同时利用汽车动力模型、列车-钢轨-隧道耦合动力学模型得到交通荷载量值随时间的动态变化。首先建立叠合式公轨隧道有限元静力模型并进行分析,随后将交通荷载导入公轨隧道有限元模型中,对公路隧道衬砌的动力响应进行分析,获得衬砌的水平应力时程曲线、最大应力响应值和振动加速度,并获得不同隧道布置形式下最大加速度分布曲线、最大应力分布曲线。为减小公路隧道底板拉应力,对2种隧道之间的垫层布置形式进行了措施优化,最后对垫层与动力响应的关系进行研究。研究结果表明：静力条件时铁路隧道造成公路隧道下部刚度差异,不同铁路隧道布置形式会分别加剧或减小公路隧道底板拉应力;动力条件时动力响应值在2种交通荷载共同作用时达到最大值,其中最大拉应力为2.77 MPa,与静力分析相比增加了7.36%,且公路隧道最大振动加速度由列车荷载控制;不同的铁路隧道布置形式下公路隧道的最大振动加速度和拉应力大小及发生位置有所不同,铁路隧道分开、合并布置时,最大振动加速度分别出现在两侧隧洞跨中和公路隧道中墙处,前者最大拉应力值约为后者的1.5倍,且其最大拉应力出现...     

不同累积概率不平顺状态下轨道板离缝损伤研究

为明晰线弹性模型与非线性损伤塑性模型在无砟轨道不同状态下的适用范围,研究层间离缝纵向扩展过程中轨道板在列车动荷载作用下的损伤萌生扩展规律,基于ABAQUS有限元软件建立CRTSⅠ型板式无砟轨道空间实体模型,以不同累积概率不平顺状态下的扣件支点压力作为荷载激励,分别采用线弹性模型与非线性损伤塑性模型描述轨道板混凝土应力-应变关系,对比分析整体轨道板在2种本构模型下的受力状态,分析其在轨道板-CA砂浆层层间离缝状态下的动力损伤规律。研究结果表明：在轨道结构正常状态下,各累积概率不平顺状态下的轨道板纵、横向拉应力水平较低,可采用线弹性模型简化计算;层间离缝状态下,轨道板上表面将承受较大拉应力而使轨道板受力进入塑性软化阶段,此时可采用非线性损伤塑性模型描述轨道板损伤的萌生、扩展过程。10%～90%累积概率不平顺状态下,轨道板损伤萌生所需离缝纵向长度处于820～890 mm之间,99%累积概率下仅需580 mm。轨道板损伤首先产生于第2组承轨台周围的轨下对应区域,随离缝纵向发展同时向板中与板边扩展直至贯通;轨道不平顺状态越差,轨道板损伤萌生与达到最大拉伸损伤所需离缝纵向长度越小。损伤所产生的塑性...