城市轨道交通大坡道及小半径曲线地段轨道结构受力和变形特性分析

采用有限元法建立了大坡道及小半径曲线地段的长枕埋入式轨道和浮置板轨道结构模型,分析列车紧急制动下坡通过曲线时的钢轨受力、轨道结构底部支反力及轨道板的位移。结果表明:浮置板轨道结构的钢轨纵向力大于长枕埋入式轨道钢轨纵向力;长枕埋入式轨道结构底部纵向支反力大于浮置板轨道隔振弹簧的纵向支反力,垂向支反力小于浮置板隔振弹簧垂向支反力。列车转向架处于浮置板两端时会引起轨道板垂向位移增大,对剪力铰影响较大;纵向位移自列车荷载作用处向浮置板两端递减,纵向位移最大值约为0.30 mm;列车通过曲线时易引起浮置板向外轨方向发生横向位移和倾斜。     

钢弹簧失能下车辆-浮置板轨道耦合系统动力特性研究

在列车荷载作用下浮置板轨道会发生钢弹簧失能,为研究此问题对车辆-浮置板轨道系统动力特性的影响,基于车辆-轨道动力学理论,建立车辆-浮置板轨道耦合动力学模型,研究不同钢弹簧失能数量、位置、组合形式对车辆-浮置板轨道系统动力响应的影响。结果表明：当钢弹簧失能数量相同时,同一块浮置板的振动响应板中位置大于板端位置;钢弹簧失能1个时,板中位置钢轨、浮置板位移最大值分别比板端位置大0.49 mm和0.22 mm,加速度有效值分别比板端位置大13.34%和21.42%;单侧连续失能钢弹簧数量≥2个时,列车荷载作用下钢轨和浮置板垂向位移最大值均分别超出《浮置板轨道技术规范》规定的限值4 mm和3 mm;车体在频域上的振动响应主要集中在10 Hz内,钢弹簧失能会导致车体振动响应在频域上增大;单侧钢弹簧失能2个比双侧失能2个的钢轨位移最大值、加速度有效值分别增大17.75%、2.22%,比正常状态下钢轨位移、加速度分别增大37.08%,10.84%。钢弹簧失能增加了系统的振动响应,影响减振效果,应注意及时检修。     

浮置板断簧条件下的列车-轨道耦合系统动力特性分析

针对昆明地铁4号线工程设计实践,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立列车-钢弹簧浮置板轨道垂向耦合动力学模型。分析了钢弹簧容易发生断裂的位置,研究了钢弹簧的断裂位置和断裂数量对列车-轨道耦合系统垂向振动的影响。结果表明:浮置板中部附近的钢弹簧更容易发生断裂;断簧数量越多,车体垂向加速度、钢轨和浮置板的垂向位移及其垂向加速度、钢弹簧支点力越大,且沿轨道纵向恢复越慢;在断簧数量相同的情况下,板端断簧时的车体、钢轨、浮置板的垂向加速度比板中断簧时的大,板端断簧时的钢弹簧支点力比板中断簧时的小;如果断簧数量大于2对,板中断簧时的钢轨、浮置板的垂向位移将超过板端断簧时的垂向位移;当断簧位置出现在板端时,板端扣件会受到压缩力和拉伸力的循环作用,不利于扣件的使用寿命。     

纵向连接式浮置板轨道疲劳性能试验研究

研究目的:相较于城市轨道交通，市域铁路列车运行速度更快、轴重更大，截至目前，国内市域铁路在时速160 km没有采用钢弹簧浮置板轨道的先例，也没有对其在市域铁路运营条件下的适应性开展过系统研究。为设计研发适用于市域铁路的钢弹簧浮置板轨道，本文通过开展足尺模型的疲劳试验，分析疲劳前后力学性能变化，进而得到纵向连接式钢弹簧浮置板轨道静刚度及应力应变的变化规律。研究结论:(1)疲劳后浮置板垂向位移整体呈下降趋势，200万次疲劳后其位移平均值减小2.90%,500万次疲劳后其位移平均值减小4.78%;(2)疲劳后浮置板静刚度呈增大趋势，疲劳前、200万次疲劳后和500万次疲劳后，浮置板静刚度分别为185.02 kN/mm、189.11 kN/mm、192.49 kN/mm;(3)浮置板表面中线上应变测点位置的应变在疲劳试验后呈现增大趋势，200万次及500万次疲劳试验后其最大应变值较疲劳前分别增大19.21%和17.70%;(4)浮置板表面边线上应变测点位置的应变在疲劳试验后呈现减小趋势，200万次及500万次疲劳试验后的最大应变值较疲劳前分别减小2.16%和3.11%;(5)500万次疲劳后板...     

聚氨酯减振浮置板轨道结构减振参数研究

为了更好地进行聚氨酯减振浮置板轨道结构的选型设计,建立车辆-轨道系统动力分析模型,研究轨道板厚度、扣件刚度、减振垫刚度对聚氨酯减振浮置板轨道结构动力响应的影响。结果表明：轨道板厚度增大会导致钢轨加速度相应增大,而钢轨位移、轨道板加速度、基底加速度显著减小;扣件刚度减小会导致钢轨垂向位移增大,而钢轨、轨道板、基底加速度不同程度减小;减振垫刚度增大会导致钢轨垂向位移、垂向加速度减小,而轨道板、基底垂向加速度平稳增大。结合工程实际,建议轨道板厚度取260～300 mm,扣件刚度取20～40 kN/mm,减振垫刚度取0.02～0.03 MPa/mm。     

4种地铁减振轨道轮轨动态相互作用对比分析

为了研究地铁曲线段不同减振轨道的轮轨动态相互作用,通过现场实测数据对比分析了橡胶隔振垫道床轨道、钢弹簧浮置板道床轨道、梯形轨枕轨道、单趾弹条扣件轨道4种减振轨道结构的轮轨力、钢轨动态位移,以及对应断面处隧道壁的垂向振动加速度。分析结果表明:单趾弹条扣件轨道振动相对较大,钢弹簧浮置板道床振动相对较小;4种减振轨道对应的轮轨垂向力、横向力、脱轨系数均满足列车安全运营要求;钢弹簧浮置板道床轨道的钢轨动态位移平均值较大,但小于安全限值。     

钢弹簧浮置板轨道结构静力学分析

建立钢弹簧浮置板轨道结构有限元模型,对其进行静力学分析。首先分析了剪力铰对钢轨和浮置板垂向位移的影响;其次分析了弹簧支座间距对浮置板应力和弯矩分布的影响;最后计算了不同扣件刚度和支座刚度组合时浮置板轨道结构的变形和受力,为今后优化钢弹簧浮置板轨道结构的设计提供了理论依据。     

地铁常用减振轨道振动特性及减振效果对比研究

对中等减振扣件轨道、梯形轨枕轨道、钢弹簧浮置板轨道、普通整体道床轨道进行环境振动现场实测,对比分析地铁列车通过时不同轨道的钢轨、道床、隧道壁振动加速度(垂向、横向)及钢轨动态变形(垂向、横向).结果表明:4种类型轨道的钢轨振动加速度相差不大;中等减振扣件轨道的道床振动加速度小于普通整体道床轨道,另外2种减振轨道明显大于普通整体道床轨道;钢弹簧浮置板轨道的隧道壁振动加速度明显小于其他轨道;钢弹簧浮置板轨道减振效果最好;中等减振扣件轨道的钢轨动态变形明显大于其他轨道.     

列车竖向荷载与CA砂浆离缝对CRTSⅡ型板式轨道开裂的影响分析

无砟轨道结构轨道板裂缝和结构层间离缝会导致结构性能退化,承载力降低,危及行车安全。基于弹性地基梁—体理论,建立路基上无砟轨道结构有限元模型。在正常状态和轨道板底部存在不同程度离缝状态时,对轨道板在列车竖向荷载下产生裂缝的位置和路径,以及2种状态下轨道板的翘曲位移和翘曲时轨道板底部地基弹簧拉应力进行分析。研究结果表明:无砟轨道板仅在列车竖向荷载作用下不会产生裂缝。当轨道板底纵向全部脱空且横向脱空宽度达到钢轨底面内侧边缘位置时,列车竖向荷载板端加载不会生成裂缝,板中部加载会产生裂缝。裂缝大致沿着轨道板纵向中心线附近开裂,在板端斜向板两侧边缘发展,预裂缝能够有效阻断裂缝的扩展路径。     

道岔区钢弹簧浮置板轨道结构静力分析

为研究道岔区钢弹簧浮置板轨道结构的受力特性,为道岔区钢弹簧浮置板的设计和使用提供依据,根据国外道岔区钢弹簧浮置板的设计,并结合某地铁线路道岔区的线路条件,建立了道岔区钢弹簧浮置板轨道的三维有限元模型,分析直向和侧向施加静荷载时道岔浮置板的纵横向弯矩包络图、应力以及基本轨和里轨垂向位移差的分布规律,并比较荷载作用在道岔浮置板直股和曲股以及正线浮置板时,钢弹簧浮置板弯矩包络图的区别。通过分析得出道岔区钢弹簧浮置板沿纵向和横向的受力虽不均匀,尤其是转辙部位和辙叉至道岔浮置板后端部位,但是道岔浮置板所受弯矩和应力以及基本轨和里轨的位移差都在允许范围内。     

北京地下直径线橡胶浮置板道床力学分析

对北京地下直径线隧道内连续式橡胶浮置板的力学特性进行研究,提出时速100 km国铁橡胶浮置板钢轨位移限值,进行浮置板道床的位移检算、结构配筋及锚固设计。根据连续式橡胶浮置板的传力特点,建立橡胶浮置板计算模型。考虑在列车荷载作用下道床板结构的弯矩、道床板所承受的由刹车和启动荷载引起的纵向力、因混凝土收缩及温度变化引起的道床板纵向力等。对连续式橡胶浮置板的力学特性进行计算分析,确定橡胶浮置板钢轨位移限值,检算轨道结构的竖向位移,并对浮置板道床进行了结构配筋及锚固设计。计算结果表明:(1)时速100 km国铁浮置板道床钢轨垂向变形限值可按4 mm取值;(2)本线采用的橡胶浮置板道床结构可以满足竖向位移限值的要求;(3)考虑垂向及纵向力的共同影响,连续式橡胶浮置板配筋量较大,配筋率约为1.28%;(4)为限制浮置板道床的纵向位移,需进行锚固连接,道床板锚固长度约为19 m。     

浮置板板下胶垫的温变特性及其对轮轨系统的影响

以我国地铁常用浮置板板下胶垫为研究对象,测取-40~30℃的温度环境中板下胶垫的静刚度。建立车辆-浮置板轨道垂向耦合动力学模型,分析板下胶垫的温度敏感性以及不同温度环境下板下胶垫温变刚度对轮轨系统动力响应特征。研究结果表明:板下胶垫静刚度在工作荷载范围内为常量,不具有幅变非线性特征。板下胶垫的线性静刚度随着温度的降低而急剧升高,增幅高达224%以上。板下胶垫的温变刚度主要影响橡胶隔振垫浮置板轨道的浮置板位移,浮置板垂向最大位移变化率可达到204%。其次,板下胶垫的温变刚度对钢轨的垂向位移也会产生一定的影响,钢轨垂向最大位移变化率为31%。板下胶垫的温变刚度对轮轨之间作用力产生的影响较小。     

钢弹簧浮置板静载抗裂非线性损伤分析

针对钢弹簧浮置板轨道的损伤问题,利用有限元方法对钢弹簧浮置板进行静载抗裂非线性损伤仿真分析.采用C45、C50、C55三种强度混凝土结构建立混凝土损伤塑性模型,分别计算应力-应变关系和损伤因子,分析钢弹簧浮置板的损伤情况、位移和应力,并将C50混凝土仿真结果与试验结果对比.结果表明:混凝土强度等级对结构开裂荷载和开裂挠...     

城市轨道交通钢弹簧浮置板轨道动力特性分析

为了实时有效地对钢弹簧浮置板轨道动力性能进行研究,利用ANSYS软件建立了钢弹簧浮置板轨道系统的双层梁动力学模型,通过瞬态分析模拟列车移动荷载通过钢弹簧浮置板轨道时的动力响应。对比分析了列车荷载作用下,轨道系统参数对钢弹簧浮置板动力响应及其隔振效果的影响。该研究可对钢弹簧浮置板轨道结构的设计与施工提供理论参考。     

城市轨道交通弹簧浮置板轨道过渡段设计分析

针对弹簧浮置板轨道的不同过渡段形式建立有限元模型,采用移动轮对荷载进行动力仿真计算.分析不同过渡形式下钢轨的动力特性,包括动态的钢轨位移、钢轨挠度变化率以及钢轨加速度.计算结果表明,采用弹性支承块和加密浮置板弹性支座相结合的方式能使钢轨动态位移变化更为平缓,适当增加加密的弹簧支座数量也有利于过渡段钢轨的动态平顺性.     

地铁轨道刚度变化处的e型弹条应力变化研究

为了确定地铁e型弹条在轨道刚度突变处应力的变化情况,分别建立了浮置板轨道和普通整体道床轨道刚度突变有限元模型和三维弹条有限元模型,采用数值模拟的方法,求解得到所有72种工况下弹条的最大应力值及位置,并总结得出e型弹条在轨道刚度突变处的应力变化规律。结果表明：应力最大位置总是发生在弹条后拱内侧;轮轨冲击作用和钢轨的折弯变形均会影响弹条应力大小;建议当列车从浮置板轨道行驶至普通轨道时,两段轨道的位移差应控制在2 mm以内;反向行驶时位移差应控制在3 mm以内。     

周期性钢弹簧浮置板轨道垂向振动带隙特性研究

为研究周期性钢弹簧浮置板轨道的带隙特性,将钢轨和浮置板分别视为铁木辛柯梁和明德林板,建立周期性钢弹簧浮置板轨道垂向振动模型,基于能量变分原理求得其垂向带隙,分析带隙的形成机理以及轨道结构刚度对带隙的影响.结果 表明:在0～1200 Hz范围内,周期性钢弹簧浮置板轨道结构存在5条垂向振动带隙,1阶和3阶带隙为局域共振带隙...     

基于TMD的钢弹簧浮置板轨道结构改进研究

为提升钢弹簧浮置板轨道低频域制振性能,应用有限元方法建立地铁车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,对带凸台的常规钢弹簧浮置板轨道进行结构改进设计。参考某地铁实际线路,基于TMD定点理论以及多自由度系统等价质量识别法,通过对无凸台钢弹簧浮置板轨道进行模态分析和谐响应分析,确定钢弹簧浮置板凸台下减振元件的最优刚度、最优阻尼;然后基于车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,研究列车动荷载作用下钢弹簧浮置板轨道改进前后低频域制振效果。结果表明:改进后的钢弹簧浮置板轨道能够有效地抑制轨道板固有频率附近频段的低频振动;合理的TMD参数匹配能够有效地控制列车动荷载下钢弹簧浮置板基频范围内的低频振动及对应频段钢弹簧支反力向周围基础的传递。     

45 t轴重重载铁路扣件系统刚度分析

为分析45 t轴重重载铁路有砟轨道扣件系统刚度合理取值范围,首先,使用钢轨容许应力法及轨道容许变形法分析扣件系统静刚度合理取值范围;然后,建立45 t轴重重载货车-有砟轨道空间耦合动力学模型,以美国五级谱及钢轨焊缝不平顺作为该耦合系统激励,通过分析车轨耦合动力学模型在不同激励、不同动刚度下的动力响应变化,分析扣件系统动刚度合理取值范围。结合钢轨容许应力法及轨道容许变形法,建议扣件系统静刚度范围为200～240 kN/mm;通过综合比较最大轮轨垂向力、最大枕上压力、最大钢轨垂向位移及最大轮重减载率4个评价指标在不同轮轨系统激励及不同扣件系统动刚度下的变化范围,建议扣件系统动刚度范围取240～300 kN/mm。     

地铁提速对减振垫浮置板轨道振动特征的影响分析

为研究地铁列车提速对减振垫浮置板轨道的振动特征的影响,对比分析地铁列车行车速度为80 km/h和120 km/h工况下减振垫浮置板轨道时域和频域的实测结果。分析结果表明:行车速度对减振垫浮置板轨道结构垂向位移的影响不大;行车速度为120 km/h的工况下钢轨、浮置板、隧道的振动加速度1/3倍频程的峰值较行车速度为80 km/h的工况下的峰值分别有6.2、2.8、0.5 dB的增大;分频段分析各测点振动加速度综合振级,结果显示:在0~20 Hz与20~80 Hz频段内,只有钢轨的振动加速度综合振级增长超过5%,浮置板与隧道振级变化均小于2.5%,在80~120 km/h速度范围内,行车速度的提高对减振垫浮置板轨道隧道振动的影响并不明显。