路基不均匀沉降对双块式无砟轨道结构受力影响分析

路基不均匀沉降分为正（余）弦型、错台型和折角型,对无砟轨道的影响主要考虑线路纵向正（余）弦型不平顺。应用有限元法计算路基不均匀沉降对轨道结构的影响,采用弹性地基上的梁板计算模型和叠合梁计算模型计算基础变形的无砟轨道荷载弯矩,并进行比较分析,两种模型的计算结果吻合较好。路基不均匀沉降对双块式无砟轨道结构的受力影响较大,建议对双块式无砟轨道变形特别是因线下工程沉降引起的永久变形制定控制标准,设计和检算考虑路基不均匀沉降对轨道结构的影响。     

CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究

基于列车—轨道耦合动力学理论,考虑无砟轨道各部件间及无砟轨道与路基间接触状态非线性,建立列车—板式无砟轨道—路基三维非线性有限元耦合动力学模型,进行自重荷载、轨道中长波随机不平顺、轨道短波随机不平顺、路基不均匀沉降荷载、无砟轨道板温度梯度荷载共同作用下,高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基不均匀沉降限值研究。结果表明:无砟轨道板温度梯度荷载对无砟轨道各部件受力均有较明显的影响,因此在进行无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究时有必要同时考虑无砟轨道板温度梯度荷载的影响;路基上CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路的路基不均匀沉降限值由底座板疲劳破坏控制,路基不均匀沉降幅值达到7mm时无砟轨道底座板的最大拉力达到疲劳破坏限值1.674MPa,因此建议高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基的不均匀沉降限值为7mm/20m。     

梁端无砟轨道扣件力学行为室内试验研究和数值仿真分析

制定梁端变形限值应考虑梁端无砟轨道静力强度和梁缝过渡段列车运行安全性、平稳性。运用室内模型试验和数值仿真分析,研究梁端转角、错台等变形对梁端扣件、轨道板稳定性的影响规律。数值仿真分析中扣件弹簧单元参数选取实测扣件刚度曲线。室内试验和仿真计算结果表明:仿真计算结果与室内试验实测结果基本吻合,有限元仿真计算可推广应用至实际应用中;梁端转角、错台变形引起的扣件附加力分布在梁缝两侧4个扣件内;梁端变形幅值和梁端伸出长度是影响梁端轨道结构强度的主要因素;随着转角、错台的增加,扣件附加力逐渐增加,且基本呈线性增长趋势;在转角工况下,梁端伸出长度越大,引起的扣件附加力越大;在错台工况下,梁端伸出长度对扣件附加力影响甚微;CRTSⅠ型板式无砟轨道在错台1.0mm情况下,产生最大上拔力和下压力,因此对于梁端CRTSⅠ型无砟轨道结构静力强度,错台1.0mm可作为设计限值条件。     

不均匀沉降对无砟轨道路基动力特性的影响

为探讨不均匀沉降对高速铁路无砟轨道路基动力特性的影响,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道-路基系统的三维动力有限元模型,计算并对比分析有病害和无病害条件下路基的竖向动应力、动位移及振动加速度在空间上的分布规律,结果表明路基不均匀沉降导致无砟轨道路基的动力响应幅值及其空间分布规律发生明显的改变,且主要集中在支承层宽度范围、路基面以下0~1.5m深度内。由不均匀沉降引起路基动应力幅值可达100kPa,为无病害路基的3倍以上,动加速度幅值为无病害路基的2倍以上,在列车循环荷载作用下沉降区域将加速扩大,对路基产生非常不利的影响。     

城市轨道交通路基沉降与无砟轨道轨面不平顺映射关系

路基沉降会影响轨面不平顺,为了分析路基沉降与无砟轨道轨面不平顺间的映射关系,基于温克尔弹性地基耦合梁理论和有限元方法,建立考虑层间接触非线性整体道床轨道梁-体空间有限元模型,对轨道自重荷载和设计列车动荷载作用下轨面不平顺与路基沉降间映射关系展开研究,并在此基础上,提出城市轨道交通无砟轨道线路路基不均匀沉降的安全限值。分析结果表明:路基发生不均匀沉降时,无砟轨道结构在自重荷载和列车动荷载作用下发生跟随性沉降变形,且各层沉降幅值从上到下依次增大;路基沉降幅值越大轨面不平顺越明显,20 m沉降波长条件下,沉降幅值超过25 mm时轨道结构与路基间易形成脱空;轨面不平顺对路基沉降波长也极为敏感,20 mm沉降幅值条件下,当沉降波长超过25 m时路基与轨道结构间脱空现象明显缓解,此时轨面不平顺基本可与路基变形保持一致。     

高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基精细化有限元模型与验证

高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基的动力响应是高速铁路设计、施工和运维普遍关注的问题。为了较好地掌握高速列车荷载作用下的无砟轨道、路基以及地基各结构的动力响应,采用实体单元对无砟轨道结构、路基和地基进行建模,考虑扣件系统的5层垫片和弹条,以超弹性材料本构关系模拟橡胶垫片的大变形行为,以三维黏弹性静-动力统一人工边界模拟无限地基,以静动力顺序分析模拟路基和轨道的建造过程,以实测轮轨力模拟列车高速运行时产生的激励,构建高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基精细化有限元模型,采用实测数据,从动位移、动应力和动应变三方面对模型进行验证。研究结果表明,所建模型间接地考虑了空气和轨道不平顺对高速运行列车荷载的影响,考虑了扣件系统多层垫片间接触压力的传递和扩散,能很好地模拟列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基系统的动力响应,与实测结果吻合很好。高速列车荷载作用下基床表层的动应力小于20 kPa,动应变处于10με量级,表明路基处于小应变和弹性变形状态。该模型可用于深入研究高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基的动力学行为,为高速铁路无砟轨道结构及路基设计、优化提供一种有效的计算分析手段。     

盾构隧道下穿高速铁路有砟轨道路基不均匀沉降分析

采用多体动力学仿真软件建立车辆-轨道系统模型,分析盾构隧道穿越高速铁路有砟轨道引起路基不均匀沉降对车辆-轨道系统动力响应的影响规律。结果表明：(1)列车速度为300 km/h,当盾构隧道穿越引起路基不均匀沉降波长为15 m,波幅大于25 mm时轮重减载率超过0.6的限值,波幅大于32 mm时车体最大竖向加速度超过0.13 g的限值;(2)当盾构隧道穿越路基引起不均匀沉降波幅为25 mm,波长小于15 m时,轮重减载率超过0.6的限值,车体竖向加速度随着波长的增加先增大后减小,但均未超过0.13g的限值;(3)当盾构隧道穿越路基引起不均匀沉降波幅为25 mm,波长为15 m,轮重减载率随着列车运行速度的提高而增大,运行速度超过300 km/h时轮重减载率达到0.6的限值,车体竖向加速度随着列车运行速度的增加变化较小,但均未超过0.13g的限值。     

无砟轨道纵向连接形式对列车—板式无砟轨道—路基系统振动特性影响

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,建立列车—板式无砟轨道—路基的竖向振动方程组,用Matlab编制相应计算程序,并用ANSYS软件验证,分析在随机不平顺激扰下,列车高速运行时板式无砟轨道不同纵向连接形式对列车—板式无砟轨道—路基系统振动特性的影响。研究表明:板式无砟轨道纵向连接形式对车体垂向加速度、钢轨垂向加速度、轮轨垂向力、扣件压力的影响极小,但对板式无砟轨道各部件及路基受力有较大影响,轨道板与底座纵连,可以大大降低轨道板和底座的振动和动应力,无砟轨道动力特性总体较为优良。     

基于车辆-轨道单元的无砟轨道动力特性有限元分析

根据CRTSⅡ型无砟轨道系统结构特点,建立列车-轨道-路基耦合系统动力分析模型,提出一种包含钢轨、扣件、轨下垫板、预制轨道板、CA砂浆层、混凝土支承层及路基的无砟轨道单元,并推导该单元刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。运用Lagrange方程建立高速列车通过时无砟轨道动力特性分析的有限元数值方程。结合实例,研究无砟轨道轨下垫板、CA砂浆层、路基等结构参数对轨道振动的影响,并对有砟轨道与无砟轨道连接段动力特性进行分析,分析时考虑列车速度、轨道基础刚度等影响因素。计算结果表明:无砟轨道结构参数合理取值与刚度合理匹配可显著提高轨道整体工作性能;连接段轨道基础刚度变化对钢轨垂向加速度和轮轨作用力均有影响,其影响随列车速度提高而增大;连接段采取轨道刚度渐变过渡措施,可明显降低车辆-轨道结构冲击振动,有效改善行车品质。     

梁端位移对无砟轨道扣件系统的影响分析

针对采用小阻力扣件系统的无砟轨道,分析梁端转角、梁端悬臂长度、错台高度、坡道桥梁伸缩等因素对扣件系统的影响,其中扣件间距、坡道上桥梁伸缩的影响较小,而错台高度、梁端转角和胶垫刚度的影响较大,综合考虑竖向荷载、梁端转角、错台等主要因素对扣件系统的受力影响,从限制扣件上拔力不超过弹条扣压力的角度提出了不同胶垫刚度、不同错台高度情况下的梁端转角限值,其中单侧正转角限值大于对称转角限值,对称转角限值大于单侧负转角限值。扣件刚度越大、错台高度越高,梁端转角限值越小,不同的扣件设计参数将有不同的限值要求。     

路基冻胀区双块式无砟轨道动力特性研究

纵连式无砟轨道在路基冻胀区域极易产生轨道结构断裂破坏及结构层离缝等病害。为研究纵连式无砟轨道在路基冻胀状态下的损伤机理,文章建立车辆-轨道-路基冻胀一体化动力学分析模型,对路基冻胀状态下轮轨动力响应特征、轨道结构动力响应特征及影响因素进行分析。结果表明:路基冻胀波长为10 m时,双块式无砟轨道各动力特征达到最大值;冻胀波长大于20 m时,各动力特征逐渐趋于稳定;列车荷载在层间离缝位置处使得轨道结构反弯,轨道结构层顶部纵向拉应力增大;20 m以下冻胀波时,拉应力超过或接近设计强度值;无砟轨道各动力响应特征最大值随冻胀幅值的增加显著增大,季冻区施工及运营期间应控制冻胀幅值增加。     

路基不均匀沉降对列车-路基上无砟轨道耦合系统动力特性的影响

基于列车—轨道耦合动力学理论,建立能够考虑无砟轨道-路基系统各部件间接触状态非线性的列车-路基上板式无砟轨道三维有限元耦合动力学模型,并对建立的三维非线性有限元耦合动力学模型进行相应的程序验证。运用建立的耦合动力学模型,对列车在路基上无砟轨道线路上高速行驶时,在路基不均匀沉降作用下,列车-路基上无砟轨道耦合系统动力特性进行研究。研究结果表明:(1)路基不均匀沉降对车体振动加速度影响极大,路基不均匀沉降对车体振动加速度的影响与无砟轨道类型关系不大;(2)路基不均匀沉降对无砟轨道各部件动力特性有一定的影响,影响小于对车体振动加速度的影响,路基不均匀沉降对无砟轨道各部件动力特性的影响与无砟轨道类型有一定的关系,总体来讲,路基不均匀沉降对I型板式无砟轨道动力特性的影响要大于对双块式及Ⅱ型板式无砟轨道的影响。     

高速铁路主跨320 m钢-混部分斜拉桥无砟轨道适应性研究

南玉高铁六景郁江特大桥设计将钢-混部分斜拉桥结构引入时速350 km高速铁路领域,而300 m级以上大跨度桥上无砟轨道的竖向变形极易超限,影响列车通过的安全性和舒适性,因此,系统研究在此大跨桥梁结构上铺设无砟轨道的适应性十分必要。通过建立有限元及动力学模型,分析不同组合工况下无砟轨道结构的变形特点及动力特性,运用60 m弦测法探究各工况下无砟轨道的线形变化规律,从而确定大跨度钢-混部分斜拉桥铺设无砟轨道的适应性,并对设计和施工提出合理化建议。主要结论如下：在各种不利组合荷载作用下,桥上无砟轨道结构强度满足规范要求,列车通过大桥的各项安全性与舒适性指标均满足规范要求;混凝土收缩徐变和斜拉索升降温是影响无砟轨道线形标准的两大主因,应在无砟轨道施工前确保足够的沉降观测期和收缩徐变释放期,并充分考虑拉索的保温设计;在温度组合荷载作用下,桥上无砟轨道的60 m弦测不平顺幅值为6.79 mm,满足高速铁路静态验收标准;但在叠加列车荷载和收缩徐变后,变形弦测值均出现Ⅱ级及以上超限,通过合理设置预拱度后可有效改善轨道平顺性标准。     

不同类型无砟轨道路基动力响应研究

针对京沪高速铁路采用的CRTS Ⅰ型板式、CRTSⅡ型板式、双块式3种无砟轨道,采用有限单元法软件ANSYS建立有限元模型,计算3种无砟轨道路基的动力响应,并进行对比分析.结果表明:在0～1m深度范围内,双块式无砟轨道路基竖向动应力幅值明显小于板式无砟轨道;3种无砟轨道路基竖向动位移幅值仅在0～1m深度范围内有较大差别...     

遂渝线无砟轨道桩网结构路基现场动车试验测试分析

遂渝线无砟轨道综合试验段是我国首条成区段铺设的无砟轨道铁路,在综合试验段上试用桩网结构解决土质路基上铺设无砟轨道的技术难题.为考察桩网结构路基在不同列车荷载作用下的响应规律,尤其是对网垫层的动力作用大小,结合工程实践,对无砟轨道桩网结构路基进行现场动车组和货物列车试验测试.结果表明:采用无砟轨道结构可以有效改善列车荷载对路基基床的动力作用,测得的动应力与加速度值均远小于有砟轨道结构测得的值;列车轴重对无砟轨道路基的动应力影响明显,对加速度响应也有一定影响;无论是动车组还是货物列车,其运行速度对路堤部分的动响应影响均有限;动应力与加速度经3 m高的路堤后衰减,对桩网结构路基下部的网垫层已基本无影响.     

无砟轨道扣件刚度突变对高速列车动力的影响

研究目的:无砟轨道结构的弹性主要来源于扣件系统,在高速铁路无砟轨道施工或维修过程中,扣件系统可能出现安装不当或新旧轨下垫板不合理过渡的情况,从而在相邻的扣件间形成较大的刚度差或称刚度突变,静态条件下难以发现,但可能对高速行车的平稳性和安全性产生不利的影响。本文应用轮轨系统动力学理论和ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立了车辆-无砟轨道-路基系统垂向耦合振动模型,根据扣件刚度实际检测的范围,考虑不同的扣件刚度突变工况,计算分析扣件刚度突变对高速车辆及轨道动力特性的影响。研究结论:经过计算分析表明:(1)当扣件刚度局部发生突变时,车体加速度最大值和最小值基本不变,即扣件刚度突变对行车平稳性的影响不大;(2)扣件刚度突变对轮重减载率即行车安全性的影响明显,尤其是列车速度超过300 km/h时,扣件刚度突变直接导致轮重减载率超标;(3)该研究成果可为高速铁路无砟轨道扣件刚度在施工或维修中加强检测、建立严格的控制标准提供理论依据。     

市域铁路大跨度桥无砟轨道 竖向变形控制

为解决在市域铁路大跨度桥梁铺设无砟轨道的难题,以温州市域铁路 S3 线永宁大桥(140+200+260+140) m 为例,提出了市域铁路大跨度桥梁铺设无砟轨道竖向变形控制标准,建立了车-轨-桥耦合系统动力仿真模型, 并开展多种工况下桥梁、轨道动力响应分析。结果表明：桥梁挠跨比、竖向变形曲率半径、梁端转角、轨面平顺 性等指标均满足铺设无砟轨道技术要求;列车按设计速度通过永宁大桥时行车安全性和舒适性指标均满足要求; 对温度荷载作用下桥梁温度变形曲线进行评估,10 m 弦轨道高低不平顺满足规范要求。研究成果可为市域铁路大 跨度桥梁铺设无砟轨道提供参考。     

基于移动单元法的高速铁路轨道不平顺特性研究

轨道不平顺不仅是引起列车和轨道振动的主要激扰，也是影响列车安全平稳运行的重要因素。为分析中国高速铁路轨道不平顺谱的特性及其对列车运行的影响，采用移动单元法建立考虑离散支撑的无砟轨道-车辆耦合模型，将逆傅里叶变换得到的中国轨道不平顺谱时域样本作为轮轨激励输入，通过编程数值计算分别研究列车速度、不平顺幅值和波长对轨道-列车系统动力响应的影响。研究表明：基于移动单元法建立的无砟轨道-车辆耦合模型的计算结果与有限元模拟结果吻合良好，移动单元模型准确可靠；轨道高低不平顺的幅值和波长特性均对系统的竖向动力响应有着显著影响，随着幅值增大和较短波长成分增加，轨道位移和轮轨接触力明显增大，其中2 m左右的不平顺波会对轮轨动力特性产生显著影响；此外，较高的车速会加剧系统的竖向动力响应。     

既有时速250 km高铁提速轨道适应性研究

为进一步提升我国高速铁路运输水平,开展既有时速250 km高铁提速关键技术研究迫在眉睫,轨道作为直接承受列车荷载的结构,其速度提高后的适应性是影响列车安全平稳运行的重要因素。基于现场调研、有限元分析、数值计算等方法,针对有砟轨道、无砟轨道、轨道设计超高3个方面的适应性进行研究,并提出了时速250 km高铁提速轨道技术条件。主要结论如下：有砟轨道提速后会引起扣件、道床各动力指标增大,从而降低使用性能;无砟轨道提速后会使道床板和底座板纵横向弯矩增大,路基段道床板纵向弯矩增幅最大,为4.7 kN·m/m;考虑到安全富裕量,提速后路桥隧地段道床板和底座板配筋均能满足强度及裂纹宽度要求;提速后超高需进行相应调整,并满足不同速度下曲线半径及缓和曲线的相关要求;提速后应关注道床结构排水、轨道平顺性等,并符合现行规范相关要求。     

高速铁路无砟轨道路基填料动力试验荷载分析

为获得高速铁路无砟轨道路基填料的动力试验参数,建立无砟轨道-路基系统三维有限元数值模型,模拟8辆编组的动车运行过程,结合实测数据分析轨道不平顺、列车速度、轴重、深度等因素对竖向动应力的影响。结果表明:路基动应力的一次加卸载过程,由同一转向架的两对轮载或相邻转向架的两对轮载共同完成;车速对动应力幅值影响较小,但引起路基承受荷载的作用频率呈线性增大;列车车轴重每增加10 kN,路基表面的动应力增加约0.97 kPa;无砟轨道路基承受荷载的作用频率为车长频率的1~4倍,且轨道不平顺没有改变荷载主频。依据动应力时程曲线特征及其频谱特征,采用全压正弦函数建立路基填料动力试验荷载表达式,加载频率可取车长频率的1~3倍。