高速铁路大跨桥无砟轨道不平顺管理波长及施工误差研究

西安至延安高铁王家河特大桥采用(124+248+124) m刚构连续梁拱结构,铺设CRTS双块式无砟轨道,为我国高铁铺设无砟轨道大跨度桥梁。为确保时速350 km列车通过的安全性、舒适性,结合王家河桥建立有限元车-线-桥耦合动力学仿真模型,利用频谱分析方法,研究不同时速下高低不平顺波长与车辆动力学指标的关系。针对长波不平顺管理波长,200 km/h时建议大于70 m、250 km/h时建议大于85 m、300 km/h时建议大于100 m、350 km/h时建议大于115 m。鉴于实际施工过程中桥梁、轨道的施工误差,运营过程中基础沉降、梁体混凝土徐变等因素对线路线形的影响,通过动力学指标分析,给出钢轨面允许误差限值。研究结论确保建设项目的顺利实施,完善了我国大跨度桥梁无砟轨道铺设技术。     

400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺验收标准研究

大跨度铁路桥梁在复杂环境下的大变形特点使得矢距差法不再适用于桥上轨道线形验收工作。为了解决400 km/h大跨度铁路桥梁轨道长波不平顺验收难题,首先根据成渝中线2座大跨度铁路桥梁特征,分析裕溪河特大桥与赣江特大桥对车体加速度的影响特征及综合检测列车的敏感波长,结合现有标准给出基于中点弦测法的桥上轨道静态验收策略。然后依据车辆—轨道耦合动力学理论,构建车辆多刚体模型和CRTSⅢ板式无砟轨道有限元模型,系统开展构造余弦波不平顺和实测不平顺作为轮轨激励条件下的动力仿真计算,并考虑桥上纵断面的影响,基于车体振动加速度和舒适性指标给出了400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺验收标准。最后通过裕溪河特大桥轨道静动态不平顺和中国高速铁路无砟轨道谱进行了验证。研究结果表明：1) CR450AF列车在400 km/h下车体沉浮运动的敏感波长为163 m,建议400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺采用60 m中点弦测法进行评价;2)桥上轨道静态高低长波不平顺60 m中点弦测验收值不应大于6 mm,轨向长波不平顺60 m中点弦测验收值不应大于4 mm;3)大跨度桥上轨道静态长波轨...     

无砟轨道长波高低不平顺管理标准的研究

研究目的:高速铁路要求轨道具有高平顺性,需要关注的波长也越来越长。目前,轨道长波高低不平顺的管理和评价还存在不足。因此,本文基于多体动力学理论和综合检测列车实测数据,初步探讨300~350 km/h高速铁路轨道长波高低不平顺管理标准和评价方法建议。研究结论:(1)综合分析仿真和实测数据波长和幅值的关联关系,建议300～350 km/h无砟轨道长波高低不平顺管理波长应扩展到150 m;(2)基于惯性测量原理,设计优化了综合检测车轨道检测滤波算法,实现了150 m截止波长高低不平顺的动态检测;(3)建议300～350 km/h高速铁路无砟轨道用70～150 m带通滤波不平顺方式来评价长波高低不平顺,使现场养修更有针对性;同时,提出了相应的幅值和均值管理标准建议值;(4)本研究结论可为后续轨道检测设备研发和工务养护维修等提供参考。     

不同刚度的32m简支箱梁动力性能试验分析

研究目的:为研究不同刚度的高速铁路32 m简支箱梁在动车组列车作用下的工作状态,本文对6个图号的简支箱梁(优化前后的250 km/h有砟轨道、250 km/h无砟轨道、350 km/h无砟轨道)的实测梁体竖向挠跨比、自振频率及动车组作用下的动力响应数据进行分析。研究结论:(1) 32 m箱梁自振频率和挠跨比实测值大于设计值,截面优化后的竖向刚度与优化前相比均有所降低;(2)在同一型号动车组作用下,箱梁振动数值大小与梁体刚度大小呈反比;(3)设计速度250 km/h无砟轨道箱梁横向和竖向振动实测值最大,350 km/h无砟轨道箱梁刚度大于250 km/h有砟轨道箱梁但竖向动力响应数值相当,无砟轨道箱梁振动数值大于有砟轨道;(4)同一图号的32 m简支箱梁,当动车组轴重增大、桥上线路不平顺时,桥梁竖向动力响应与线路平顺状态时相比明显增大,会发生超过通常值的现象;(5)本文研究可为桥梁车桥耦合仿真计算、设计优化、运营性能评估提供参考。     

运营期高速铁路轨道长波不平顺静态测量方法及控制标准

现有高速铁路轨道长波不平顺静态检测主要采用矢距差法或简化矢距差法,存在与检测起点相关、含有里程相位差、基础变形时检测幅值偏大、与车体振动加速度匹配性较差等缺点。利用中点弦测法对轨道长波不平顺进行静态检测,通过对中点弦测法不同测弦长度有效测量波长范围和列车敏感波长分析,采用60 m测弦长度的中点弦测法最适合时速300~350 km运营期高速铁路;利用车辆-轨道动力学仿真分析和最小二乘法拟合相结合方法,提出运营期高速铁路300及350 km·h^-1速度下的轨道长波高低不平顺控制标准,并进行实例验证。结果表明:60 m弦中点弦测法既可保证轨道长波不平顺检测的准确性,又能很好地体现车体振动响应;时速300 km运营期高速铁路轨道长波高低不平顺3级控制标准建议值分别为9,15,21 mm;时速350 km分别为7,11,15 mm。     

考虑温度变形的大跨度拱桥行车动力响应分析

研究目的:为研究温度作用下大跨度拱桥轨道静态平顺性,以及轨道温度变形对行车动力响应的影响,以目前世界最大跨度的钢箱提篮拱桥南广高速铁路西江桥为研究对象,基于梁轨相互作用模型计算温度变形下轨道静态高低不平顺校核值,并与轨道静态不平顺验收指标进行对比;将温度作用引起的轨道变形叠加到轨道不平顺样本中,利用自主开发的TRBF-DYNA软件开展高速铁路大跨度拱桥车-桥耦合振动及列车走行性分析。研究结论:(1)温度作用下桥面会发生较大竖向变形,导致钢轨变形300 m弦长高低不平顺指标超过轨道静态验收标准;(2)考虑温度变形后,桥梁动力响应及列车行车安全性指标和乘坐舒适度指标变化幅度不大,且均满足现行规范要求;(3)建议大跨度桥梁轨道变形静态验收时,以竖曲线半径指标替代300 m弦长验收指标,并辅以车桥耦合动力响应分析进行综合判断;(4)本研究成果可为完善大跨度桥上轨道变形验收指标提供参考。     

高速铁路简支梁桥上周期性高低不平顺成因分析及控制指标研究

自高速铁路开通运营以来,在多次轨道检测过程中发现32 m简支梁上存在周期性的轨道高低不平顺,为了查明桥上轨道不平顺的成因以及其对车辆和桥梁动力性能的影响,分析了列车荷载的影响,并对实测混凝土徐变与计算值进行了对比。分析结果表明,混凝土收缩徐变是桥上周期性不平顺形成的主要因素,桥上周期性不平顺值还未达到I级超限的标准。通过车-线-桥垂向耦合振动分析可知,在不同的徐变上拱情况下,轮重减载率相对于车体振动加速度和乘坐舒适度对轨道不平顺的变化更加敏感,而桥梁的动力响应均满足限值的要求。在轨道铺设后,当速度在300～350 km/h时,建议32 m简支梁上的徐变上拱值控制在7 mm内,该值与德国规范DIN-Fachbericht 103的要求一致。     

基于弦测法的上承式拱桥长波不平顺限值研究

研究目的:温度和收缩徐变引起的拱桥桥面竖向变形导致长波不平顺,对车辆运行走行性产生影响。本文以某上承式铁路拱桥为研究对象,运用MIDAS/Civil软件计算得到桥面温度变形和收缩徐变变形,采用有限元软件MSC. PATRAN和多体动力学软件ADAMS/RAIL联合仿真技术,开展车桥系统耦合振动分析,研究桥面变形(温度和收缩徐变作用)产生的长波不平顺对列车动力响应的影响,并采用40 m弦分别对桥面变形和等效不平顺限值进行分析。研究结论:(1)收缩徐变倍数为1. 6时,CRH3以350 km/h速度通过大跨拱桥时,车辆竖向加速度指标接近限值1. 30 m/s~2;(2)当收缩徐变倍数为1. 6时,CRH2以各计算车速通过桥梁时,动力响应指标均满足要求;(3)基于40 m弦的桥面变形的弦测矢量限值可采用5. 5 mm;(4)本研究成果可为同类桥梁的限值要求提供参考。     

轨道不平顺导致的车桥耦合振动分析

研究目的：轨道不平顺常常是激起车桥系统耦合振动的主要因素之一，通过研究轨道不平顺导致的车桥耦合振动规律，为铁路桥梁精确设计提供理论依据。 研究方法：以H．Hamid等人提出的轨道不平顺功率谱密度为例，构造了时域内的轨道随机不平顺函数。以轨道不平顺样本函数为激振源，通过求解车桥系统耦合振动微分方程，分析铁路桥梁在列车荷载作用下的动力响应规律。 研究结果：计算了广西红水河铁路斜拉桥在列车通过时的动力响应，给出了不同车速及不同不平顺样本函数情况下桥梁主跨中点横向位移时程曲线。 研究结论：桥梁结构动力响应主要随车速及不平顺样本函数的不同而变化，且有较大的随机性。对于广西红水河铁路斜拉桥，桥梁主跨中点的最大横向位移一般在车速为75～95km／h时达到最大。     

超千米跨度桥上轨道不平顺能量谱的研究

建立大跨度斜拉桥模型,计算在温度荷载、公路荷载和列车荷载下的轨道几何形位,运用能量谱分析方法,计算了上述各工况下轨道不平顺的能量谱密度,并与德国低干扰能量谱密度进行对比,通过比较二者的交点波长与车体敏感波长的来研究轨道的质量状态。结果表明:超千米跨度桥上轨道不平顺的能量主要集中于长波频段,列车四股荷载工况下的轨道高低不平顺谱与德国谱的最小交点波长为93m,比较接近CRH2(200km/h、250km/h)的最大敏感波长,可能会引起车体较大的振动。     

200km/h提速线路轨道不平顺对车辆横向振动影响分析

轨道不平顺是列车振动的主要激扰源,其状态直接关系到列车运行的平稳性、安全性和舒适性,也是限制列车最高运行速度的主要因素之一。本文基于轨检车现场实测数据,对我国提速线路轨道不平顺、列车振动加速度进行了统计分析及相关分析,并探讨了线路轨道不平顺对列车横向动力特性的影响。结果表明:提速线路轨道不平顺幅值服从正态分布;轨向不平顺对列车横向振动有显著影响;当列车以200 km/h的速度运行时,为了避免列车在不平顺激励下产生共振,应该对40 m波长的轨道不平顺进行控制。     

大跨度刚构拱桥铺设无砟轨道适应性研究

研究目的:大跨度桥梁铺设无砟轨道已成为我国扩大无砟轨道应用范围的一大技术难题,本文以崔家营汉江特大桥主桥为工程实例,结合桥梁变形曲线及车桥耦合动力响应分析结果,提出大跨度桥梁铺设无砟轨道技术难点、技术要求以及评价指标,并得出相应的分析结果。研究结论:(1)崔家营汉江特大桥(135+2×300+135) m混凝土刚构拱竖向变形、曲率半径、竖向残余徐变变形、梁端变形、墩台沉降值均满足要求;(2)高速列车作用下桥梁动力响应均满足要求,具有良好的动力特性及列车走行性,安全性和乘坐舒适性均满足要求;(3)温度和徐变作用下竖向变形属于多波不平顺,300 m弦高低不平顺已超出规范允许值;(4)本研究成果可为今后类似大跨度桥梁铺设无砟轨道适应性分析提供参考。     

时速400 km高铁最小曲线半径地段列车动力学性能研究

为了研究时速400 km高铁列车经过最小曲线半径地段时的动力响应特性,建立曲线地段CRH380B列车-轨道耦合动力学模型,从时域、频域对比仿真数据与综合检测列车实测数据,验证仿真模型的正确性。模拟列车以400 km/h速度通过7 000 m半径曲线路段下的各种轨道不平顺工况,以各动力响应峰值为控制指标,并结合相干性分析,得出长波高低与轨向不平顺最大敏感波长分别为150 m和200 m。曲线地段的车体垂向加速度峰值、车体横向加速度峰值、脱轨系数峰值、轮重减载率峰值、轮轴横向力峰值分别是直线地段的1.21倍、7.58倍、4.8倍、1.17倍、3.25倍,表明线路条件改变对车体垂向加速度、轮重减载率的影响较小,对车体横向加速度、脱轨系数、轮轴横向力的影响显著。研究结论可为运营期的行车舒适性和安全性评价、轨道平顺性评价提供理论依据。     

30m简支梁桥墩车桥耦合动力仿真分析

根据车桥耦合振动分析理论,运用桥梁结构动力分析程序BDAP,针对城际轨道交通30m简支梁桥墩3种不同墩高方案,采用空间有限元建立全桥动力分析模型,对桥梁空间自振特性进行了计算,并对3种不同墩高方案在CRH2和德国ICE3动车组作用下的车桥空间耦合振动进行了分析,评价3种不同墩高方案的动力性能以及列车运行安全性与舒适性。研究结论表明:(1)3种墩高方案(H=8m、12m、15m)的全桥一阶横向自振频率分别是0.909Hz、1.051Hz和1.034Hz;(2)在CRH2和ICE3动车组以速度160km/h通过时,简支梁跨中竖向振动位移和竖向振动加速度较小,在限值以内;(3)在CRH2和德国ICE3动车组以速度160km/h运行时,车辆竖向和横向舒适性均能达到"优"。说明3种墩高方案具有足够的全桥横向刚度,满足列车时速160km行车的安全性和良好舒适性要求。     

基于惯性基准法的高速铁路纵断面线形平顺性研究

为研究线路竖曲线引起的长波高低不平顺超限问题,采用基于惯性基准法的虚拟轨检技术,建立高速列车—线路动力学仿真模型,通过车体加速度与车体-车轮相对位移反演得到虚拟不平顺,进而分析列车检测速度,竖曲线半径、长度、坡度差、夹坡段长度等竖曲线基本参数对虚拟不平顺的影响规律。分析结果表明:检测速度与竖曲线半径对虚拟长波不平顺影响较大,同时将计算结果与规范对比,建议对于设计时速为300 km/h的高速铁路,在设计允许的条件下,竖曲线长度和夹坡段长度设计值应大于500 m。     

秦沈客运专线常用跨度桥梁的动力分析

铁路列车通过桥梁时将引起枯梁结构的振动，而桥梁的振动又反过来影响列车的运行，其中线路的轨道不平顺对列车和桥梁的振动起很大作用，这种相互作用，相互影响的问题就是列车－线路－桥梁耦合振动问题。随着列车速度的提高，桥梁的动力特性和列车运行安全性与舒适性在设计桥梁时必须加以充分考虑。本文160km/h,200km/h,300km/h三种等级的列车数以及对应的轨道不平顺波，综合考虑列车－线路－桥梁的共同作用，全面分析秦沈客运专线设计过程中的62种不同设计方案的桥梁，评价以上桥梁动力特性及列车走行性，为客运专线桥梁设计提供技术依据，其中有27种方案经有关单位审查后在秦沈客运专线中使用。     

轨道不平顺激励下高速铁路桥上列车走行性研究

用车桥耦合动力学的理论,对长波不平顺和短波不平顺激励下桥上列车的走行性进行了研究。着重研究了横向不平顺激励下列车的轮轨力、脱轨系数和横向加速度的变化规律。并以列车的安全性和旅客的舒适性为标准,得出短波不平顺主要影响列车运行安全性,而长波不平顺主要影响列车运行舒适性的结论。     

高铁大跨度悬索桥轨道长波不平顺测量及控制

研究目的:连镇铁路五峰山长江大桥是世界首座高速铁路钢桁梁悬索桥，采用现行矢距差法测量轨道静态高低长波不平顺时，不满足规范限值标准。在分析现有轨道不平顺静态测量方法的基础上，针对五峰山长江大桥的特点，采用理论分析与实测数据相结合的方法，提出大跨度铁路悬索桥轨道静态高低长波不平顺测量方法及控制标准，为桥梁竣工验收和养护维修提供技术支撑。研究结论:(1)推荐采用60 m弦长连续中点弦测法测量五峰山长江大桥轨道长波高低不平顺；(2)五峰山长江大桥静态长波不平顺可按照作业验收、经常保养、计划维修、临时补修四级标准进行控制，250 km/h时高低不平顺限值分别取10 mm、12 mm、20 mm、28 mm;(3)在温度荷载拟合纵断面工况下，五峰山长江大桥60 m弦长高低不平顺最大值为10 mm,满足作业验收限值要求；(4)建议加强运营监测，进一步开展桥梁线路养护维修专项研究，制定针对性的养修规则和标准；(5)本研究成果可应用于高速铁路大跨度悬索桥勘察、设计、验收及运营维护。     

高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺设计控制参数研究

我国现行高速铁路设计、验收规范中,采用300 m基线150 m矢距差法对轨道长波不平顺性进行评价。对于大跨度桥梁,受温度变化、混凝土收缩徐变等多种因素影响,桥上轨道线形随温度变化而发生动态变化,仍沿用规范的评价方法,难以与桥梁固有变形特性相适应。通过分析我国现行高速列车敏感波长,结合多座大桥运营监测结果及不同弦长的有效测量范围,确定选用60 m中点弦测法评价大跨桥梁轨道长波不平顺性;通过仿真及实测手段,得到列车速度为250、300、350 km/h时60 m中点弦测法平顺性控制限值。多座高速铁路大跨度桥梁工程实践表明,60 m中点弦测法适用性较好,可供今后高速铁路大跨度桥梁设计、验收参考。     

道床板上拱对高速列车-双块式无砟轨道系统振动响应影响

为研究道床板上拱对无砟轨道结构性能和行车品质的影响,建立含道床板上拱的列车-轨道系统振动分析伤损模型,编制FORTRAN计算程序并进行模型验证。基于车轨系统空间振动分析理论,分别计算4种道床板上拱类型的双块式无砟轨道在高速列车作用下的空间振动响应,分析比较此系统振动响应随道床板上拱类型,不平顺幅值及车速的影响规律,并对道床板上拱伤损评级。研究结果表明:各种道床板上拱类型的车轨系统动力响应均随运行速度和不平顺幅值的提升而增大。速度相同时,考虑了复合不平顺和离缝的上拱类型4的车轨系统振动响应最大,而仅考虑高低不平顺的上拱类型1的车轨系统振动响应最小。车速300 km/h时,高程偏差为11 mm的道床板上拱类型1引起的车体垂向振动加速度、轮轨作用力,脱轨系数和轮重减载率峰值分别为0.918 m/s2,100.740 k N,0.305和0.255;而类型4依次为2.037 m/s2,185.219 k N,12.503和1.727。上述机理和数据可为道床板上拱伤损评级提供参考。