新型钢枕轨道结构受力特性研究

为研究列车荷载作用下新型钢枕轨道结构受力特性,将混凝土枕轨道作为对比对象,分别建立新型钢枕和混凝土枕轨道-路基空间有限元模型,考虑钢枕处于4种沉降补偿量下的实际工况,对比分析新型钢枕和混凝土枕轨道结构受力特性。研究结果表明:新型钢枕轨道在抵抗变形和抗弯性能方面优于混凝土枕轨道;钢枕沉降补偿量大小对钢轨、钢枕受力影响较为显著,对轨道各部件变形影响不太明显;钢枕轨道和混凝土枕轨道的各部件受力与变形均主要发生在荷载作用位置处,并且2种轨道结构中轨枕的受力特性差异最大、钢轨和道床次之、路基最小。研究成果对新型轨枕的研发及应用具有一定参考价值。     

轨枕局部空吊对轨道结构力学性能的影响分析

为研究轨枕局部空吊对轨道结构力学性能的影响,基于有限元法,建立力学模型,选取多种典型工况,分析轨枕局部空吊对轨枕弯矩、轨下胶垫和道床受力的影响。研究结果表明:随着轨枕空吊面积的增大,轨枕负弯矩先增大后减小,轨枕局部空吊对轨枕受力更不利,更容易引起轨枕产生裂纹,同时局部空吊会使道床产生应力集中,容易出现粉化现象,影响道砟使用寿命;随着轨枕空吊高度的增加,轨枕负弯矩先增加较快,随后增加较缓,轨枕空吊高度的增加也会使道床受力逐渐增大。建议工务人员应密切关注现场轨枕空吊病害,及时捣固、夯实道砟,避免出现轨枕局部空吊问题。     

新型钢枕轨道结构受力特性影响因素分析

针对轨道过渡段基础沉降引起的轨道不平顺问题,提出一种能够自动补偿基础沉降的新型钢枕。为研究新型钢枕轨道结构参数对轨道结构受力特性的影响,基于有限元法,建立新型钢枕轨道-路基空间耦合模型,分析轨下胶垫刚度、钢枕间距以及道床弹性模量等参数对钢枕轨道结构受力特性的影响规律。研究结果表明:轨下胶垫刚度对钢轨受力特性的影响最为显著,随着轨下胶垫刚度的增大,钢轨的受力与变形均随之减小,但同时钢枕、道床和路基的受力与变形有所增大;减小钢枕间距能够减小轨道结构受力与变形,但钢枕间距太小会加大对道砟捣固的作业难度,增加养护维修工作量和维修成本;增大道床弹性模量可以减小轨道结构变形,但同时增大了钢枕和道床的受力。建议对轨下胶垫刚度、钢枕间距和道床弹性模量等参数综合考虑后合理选取。     

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。     

有砟轨道枕下支撑不均匀对道床支承刚度的影响

道床支承刚度是评价道床弹性和承载力的力学指标,多采用单边加载法进行测试。由于有砟轨道Ⅱ、Ⅲ型轨枕道床状态不同,下部支撑不均匀使得道床支承刚度产生误差,所以,推导轨枕翘起长度计算公式并利用单边加载测试法进行对比,分析测试误差。结论如下:(1)按设计要求,Ⅱ、Ⅲ型轨枕测试误差分别为5.59%和4.81%;(2)随着枕中支撑的减弱,Ⅱ、Ⅲ型轨枕测试误差均先逐渐减小,再逐渐增大;(3)当不均匀系数比q_2/q_1为0.5~1.0时,Ⅱ、Ⅲ型轨枕测试误差控制在10%、5%以内,满足规范需要;(4)单边加载测试法会引起非加载枕端翘起,为使测试结果更为准确,测试时应把轨枕两端的扣件及垫板全部拆除。     

城市轨道交通中钢筋桁架轨枕式整体道床配筋设计

结合最新研发的城市轨道交通钢筋桁架轨枕,采用允许应力法进行了城市轨道交通钢筋桁架轨枕式整体道床的配筋设计。设计中针对不同地段整体道床特点,采用不同的荷载组合方式,合理确定了不同地段道床配筋。计算结果表明:列车荷载弯矩、翘曲弯矩以及基础变形附加弯矩是影响配筋的主要因素,特别是基础变形对配筋的影响最大;相比较而言,温度力影响相对较小。因此,严格控制基础变形,特别是路基地段的路基沉降,能够有效地减少配筋量。     

基于现场锤击试验的地铁轨道振动特性分析及参数研究

近来,由于轮轨共振而产生的地铁钢轨异常波磨问题备受关注。轨道结构动力特性分析是开展轮轨耦合振动研究的基础,地铁轨道结构的动力特性取决于各组成部分(钢轨、扣件、轨枕和道床等)的物理特性及其组合形式。基于轨道结构的周期性频域解析模型,结合北京地铁在线锤击试验,通过计算轨道结构在脉冲荷载下的频响函数,对0~2000Hz频段内轨道结构的动力响应主频进行分析;并通过改变轨道结构参数,分别研究了不同轨道结构参数对各轨道结构动力响应主频的影响情况。研究结果表明:轨下支撑刚度对钢轨共振频率影响较大,枕下支撑刚度对轨道系统共振频率影响较大,轨下和枕下支撑阻尼仅能改变各共振频率点的响应幅值;轨枕支撑间距对pinned-pinned共振频率影响较大,对其他共振频率点的影响较小。     

地铁隧道工程开挖过程中地下管线的受力情况分析

地铁隧道工程开挖过程中的地层运动对地下管线影响较大。基于温克尔弹性地基梁经典理论,着重分析了隧道工程开挖影响下的地下管线受力情况,推导出了地下管线的沉降、弯矩和剪力的表达式。结合西安地铁3号线延兴门站—咸宁路站区间具体工程,分析了不同因素对管线变形影响的规律。研究表明:地下管线的不均匀沉降及内力随管线与隧道倾角增大而增大,管线刚度变化对管线沉降影响极小。     

200 km·h-1提速线路涵洞综合试验研究

在陇海线郑徐段200 km·h-1提速区段上对5座涵顶填方厚度为0.52～0.85 m的涵洞,采用160km·h-1提速列车分别在其上、下行线(上行铺设弹性轨枕,下行铺设普通轨枕)拉锯运行,实测和分析车辆、轨道、涵洞和路基动力响应的各种参数,并仿真分析200 km·h-1提速列车通过涵洞时的动力学性能.结果表明在路基状态良好、道床厚度为30 cm以上时,不管铺设弹性轨枕与否,均能满足200 km·h-1提速列车运行安全性、平稳性和乘坐舒适性的要求;在填方厚度不足1.2 m的涵洞区段,枕下支承刚度存在不均匀现象,其程度受路基状态、涵洞跨度及结构形式的影响,路基状态良好地段的不均匀现象不明显,反之则比较突出;铺设弹性轨枕可调整枕下支承刚度,降低道床振动加速度,但轨枕垂向位移、振动加速度以及钢轨动弯应力有所增大;涵顶的填方厚度能够有效降低涵顶的振动幅值和动力系数,而弹性轨枕对涵顶的振动幅值和动力系数基本没有衰减作用.     

轨距对轨道结构受力特性的影响

"一带一路"沿线国家的铁路轨距存在差异,这使得列车行驶过程中产生更大的线路不平顺,同时轨道部件的拉、压应力的变化对轨道部件的使用寿命造成影响。通过建模分析可知:轨距变化主要影响轨枕、道床的位移与受力,对钢轨的影响较小。轨道各部件的位移在标准轨距时较小,与标准轨距时相比,轨枕的位移最高增加了300%,道床的位移最高增加了38%,而钢轨竖向位移最大增量仅为4%。不同轨距下的轨道部件拉、压应力存在较大差异,轨枕拉应力最大增加了59%,道床的拉应力最大增加了214%,轨枕的压应力最大增加了55%,道床的压应力最大增加了312%,而钢轨拉、压应力无变化。为改变轨距对轨枕与道床的位移、拉应力、压应力影响,延长轨道部件的使用寿命,需在轨距过渡处合理设置轨道刚度过渡。     

基于DIC混凝土轨枕和复合轨枕受弯特征分析

轨枕是轨道结构重要组成部分,在上部荷载和下部道砟共同作用下处于受弯状态,常产生裂纹,增加维修费用,影响行车舒适性和安全性。采用数字图像相关技术(Digital Image Correlation),通过三点弯曲试验,分析Ⅲ型预应力混凝土轨枕、FFU复合轨枕受弯特征、裂纹发展过程和裂纹开口位移。研究结果表明:数字图像相关技术在位移和裂纹测试中具有高精确性;混凝土轨枕在加载初期处于弹性阶段,刚度大,随荷载增加,裂纹不断发展,刚度逐渐减小,抵抗变形能力下降,裂纹开口位移增加速率逐渐增大;FFU复合轨枕受弯过程中始终处于弹性状态,裂纹产生原因为层间分离,裂纹开口位移增加速率在裂纹开口完全分离时增加,之后保持不变。     

弹性短轨枕在武汉地铁中的应用问题及解决方法

为减少振动及噪声,武汉地铁1号线使用弹性短轨枕轨道形式,但这种轨道形式在长时间的运营后出现了轨枕-套靴-道床之间剥离、间隙扩大、轨枕空吊、轨距变化大、减振量下降、短轨枕破裂等现象,分析出现问题的原因,并对轨道状态较差路段的钢轨、轨枕变形测试数据进行对比分析,最后针对弹性短轨枕轨道病害总结出轨枕更换、空吊整治、减振方式改造3种维修方案。     

无碴轨道道岔区轨下基础受力分析

研究目的：本文以遂渝线12号无碴道岔道床为例，对12号无碴道岔的轨下基础受力和变形特性进行了分析，为无碴道岔道床的设计提供参考。 研究方法：根据多重叠和梁理论，运用有限元方法建立了无碴轨道道岔区轨下基础受力模型，针对无碴轨道板之间接触条件的特点，对无碴轨道道岔区轨下基础受力进行了分析。 研究结果：在同样荷载条件下，板层之间无紧密连接的无碴轨道的板层拉应力要大于板层有紧密连接结构的拉应力；当道床板层之间紧密连接时，道床板连续与否对道床板弯矩和路基面压应力影响不大。 研究结论：通过建立无碴轨道岔区道床有限元模型对岔区道床在列车荷载作用下的轨道响应进行了探讨，并分析计算了岔区分开式道床和连续式道床的道床板截面最大弯矩供设计时参考。道床板层之间紧密连接时，道床板连续与否对道床板弯矩和路基面压应力影响不大，故道床设计时可针对分开式道床和连续式道床的特点进行合理选用。     

钢轨-弹性支承块式道床-隧道底板相互作用数值模拟

为研究轨道与隧道结构相互作用规律,建立弹性支承块式轨道与隧道底板相互作用的有限元模型。考虑隧道底板变形方式、最大变形值、沉降槽宽度等影响因素,通过数值模拟计算轨道结构的变形和内力、钢轨与道床板的脱空、道床与隧道底板的脱空。结果表明:由于支承块、道床板、隧道底板之间连接力弱,隧道结构的不均匀沉降可能引起支承块与道床板、道床板与隧道底板间的脱空;钢轨对道床板的约束作用不明显,道床板与隧道结构存在变形差异的原因主要在于道床板自身的刚度;隧道底板最大变形发生在道床板变形缝处时,相比于发生在道床板中部,钢轨与道床板更容易产生脱空;沉降槽宽度越大,轨道与隧道结构的差异变形越小,而轨道结构内力随沉降槽宽度增大呈先增大后减小的趋势。采用实际工点的参数进行计算,得到道床板与隧道底板脱空量为0.8 mm,与实测脱空量1.1 mm相比基本一致。     

米轨混凝土轨枕与钢枕道床阻力研究

为明确米轨混凝土轨枕和钢枕道床阻力,建立了实尺米轨铁路有砟轨道试验平台,采用原位测试法测试单根轨枕的道床阻力,并拟合得出道床纵向、横向阻力-位移关系函数.结果表明:位移为2 mm时,米轨混凝土轨枕和钢枕道床的纵向阻力设计值分别为9.67、8.31 kN,道床横向阻力设计值分别为5.27、4.98 kN,米轨混凝土轨枕、...     

拼接方式对PC连续刚构桥力学性能的影响

基于空间有限元分析方法,研究大跨度预应力混凝土连续刚构桥按刚接和铰接2种不同的拼接方式在车辆荷载、收缩徐变、基础不均匀沉降等作用下的桥梁结构受力性能。分析结果表明：不同的拼接方式对桥梁结构的纵向应力影响不大．但是对结构的横向应力和整体刚度影响较大;刚接结构在基础不均匀沉降和车道荷载作用下的效应更为不利;施工时需采取特别措施防止铰接处的纵向裂缝并加强结构的横向连接刚度,对于解决同类桥梁的拼接技术难题具有一定的参考意义。     

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。     

轨道结构刚度的理论计算

介绍轨道总刚度的计算,轨下垫层刚度和扣件刚度之间的关系,轨下垫层、扣件和道床刚度的理论计算方法等。在对道床刚度计算时,采用道床分层计算法,根据不同深度道床应力的梯形分布求出最大道床应力和道床弹性模量计算道床刚度,由于最大道床应力的范围小于平均道床应力的范围,所以用此法计算的道床刚度接近实测值。进一步指出虽然理论计算的轨道部件刚度值是线性的,但实际轨道部件刚度是非线性的,在具体应用时应根据荷载范围选用轨道结构刚度值。