山西中南部铁路桥梁设计活载计算参数研究

研究目的:与设计活载相关的计算参数是进行桥梁设计所考虑的主要因素之一。山西中南部铁路通道通行轴重不低于30 t的货物列车,是我国首条通行大轴重货物列车的国家I级干线,其活载效应超出了现行桥梁设计规范的规定,相关的计算参数也不同于现行规范给出的规定。为了满足通行大轴重货物列车铁路桥梁设计的需求,本文在确定了桥梁设计活载图式的基础上,对动力系数、离心力系数、牵引力和制动力系数、横向摇摆力、列车脱轨荷载等活载计算参数的计算方法或取值进行了研究,提出了适用的计算方法或取值。研究结论:(1)动力系数:采用文献[8](前苏联规范)计算;(2)离心力系数:采用《铁路桥涵设计基本规范》中第4.3.6条计算,但离心力的作用位置取轨顶以上2.2 m;(3)制动力或牵引力系数:采用文献[3]推荐的自定义计算办法;(4)横向摇摆力:沿用文献[5](中国规范),为偏于安全计,摇摆力取120 k N;(5)列车脱轨力:按现荷载图式与中-活载图式中均布荷载的比值进行提高,即提高系数为1.2倍;(6)研究成果可直接用于通行大轴重货物列车的铁路桥梁设计。     

利用既有无砟轨道城际铁路运输轨料的可行性和安全性研究

为确保牵引机车在以ZC活载设计的城际铁路无砟轨道上运行，利用既有广清城际线路(无砟轨道)为相邻在建线路运输轨料，成为国内外首例利用既有无砟轨道城际铁路运营线路运输轨料成功案例，需研究利用既有无砟轨道城际铁路运输轨料的可行性和安全性研究，同时可填补国内这方面研究的空白。结合既有广清城际铁路(无砟轨道)开展无砟轨道城际铁路运输轨料的可行性和安全性研究。分别从轨料运输列车对城际铁路最大坡度的适应性、桥梁结构对轨料运输车上线的适应性、轨道结构对轨料运输车上线的适应性和轨料运输对广清城际铁路通过能力的影响4个方面进行研究。首先，通过牵引计算模拟仿真实验测评，分析并解决轨料运输列车能否适应城际铁路最大坡度的问题；然后，基于轨料运输车上线实验数据，分析轨料运输车上线对桥梁、轨道结构安全性影响，解决轨料运输车上线的安全性、可靠性问题；最后，基于广清城际现状客车开行计划和天窗类型，分析并解决轨料运输与旅客运输的适应性问题。研究结论：轨料运输列车能适应城际铁路最大坡度；桥梁结构能适应轨料运输车的荷载；无砟轨道结构各部分动力学指标和行车安全性指标可满足相关规范要求；广清城际天窗外非客运时段轨道运输能力可以满...     

现代齿轨铁路无砟轨道纵向力学特性及结构适用性研究

为研究现代齿轨铁路无砟轨道在列车纵向荷载作用下的力学特性并分析其结构的适用性,基于有限元理论建立现代齿轨铁路无砟轨道空间耦合计算模型,分析了轨道关键部件力学特性,并与有砟轨道进行对比.研究结果表明:齿轨铁路的钢轨纵向力、纵向位移均随轨道坡度、车辆编组数的增加而增大;齿轨根部等效应力最大,最大值小于材料屈服强度,不易对齿...     

山地齿轨交通系统试验线总体设计

齿轨交通是一种在传统轮轨系统走行结构中增加齿轮-齿轨传动系统的创新轨道交通系统。该系统可解决大坡度线路适应性问题,提高山区、丘陵等复杂地形地貌环境轨道交通选线的灵活性,充分满足山地旅游轨道交通需求,应用前景广泛。为满足齿轨交通系统商业应用前的车辆性能及关键工程技术验证,建设一条山地齿轨交通系统试验线,最大坡度达120‰。通过详细介绍该试验线的建设情况、试验列车概况、试验需求分析、总平面设计,以及轨道、路基、工艺、供变电、附属试验设施等主要工程内容,可为类似项目提供参考。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道制动力影响因素分析

研究目的:桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路梁-板-轨及层间相互作用机理比较复杂,为研究各轨道及桥梁结构的制动力传递规律及其影响因素,基于有限元法和梁-板-轨相互作用原理,建立多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上无砟轨道无缝线路空间耦合模型,计算列车制动荷载作用下各轨道及桥梁结构的纵向力与位移,并分析多种因素对制动力传递规律的影响。研究结论:(1)制动荷载作用下的轨道结构纵向力由拉力逐渐变为压力,纵向位移呈现先增后减的趋势;(2)需根据不同的检算部件选取最不利的荷载工况;(3)在检算时需考虑轨道板/底座板刚度的折减,且必须保证其施工质量;(4)采用小阻力扣件时轨板快速相对位移的剧增易带动轨下胶垫滑出;(5)固结机构、桥墩/台采用较大纵向刚度,并保持滑动层的良好滑动性能有利于各轨道及桥梁结构的受力与变形;(6)该研究成果可为桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路的设计、施工及运营维护提供参考。     

高速铁路64m主跨桥上无缝道岔检算与结构优化

研究目的:为研究高速铁路64 m主跨连续梁桥上铺设无砟轨道无缝道岔的可行性,本文以京雄城际铁路黄固特大桥为研究对象,基于道岔-桥梁相互作用原理、非线性有限元理论,建立无缝道岔-无砟轨道-桥梁空间耦合静力学模型,研究在温度作用、列车垂向荷载、列车制(启)动荷载以及断轨时的大跨桥上无缝道岔力学特性,提出一套适用于大跨桥梁无缝道岔的检算方法和轨道结构优化方案。研究结论:(1)主跨64 m连续梁全桥采用常阻力扣件时,温度和列车荷载下钢轨附加力较大,钢轨最大拉、压应力分别为382.01 MPa和371.30 MPa,超过钢轨容许应力;(2)温度作用下的尖轨、心轨相对基本轨的位移大于挠曲和制(启)动两种工况,相对位移值远小于限值要求;(3)当连续梁两侧相邻一跨简支梁及一侧梁端20 m范围内采用小阻力扣件时,钢轨总应力相对比常阻力扣件方案可降低12.03%,强度、稳定性等指标均可满足规范要求;(4)本研究成果可为大跨桥梁无缝道岔的设计与铺设提供借鉴与参考。     

齿轨铁路轨道系统技术研究

齿轨铁路作为一种新型城市轨道交通制式,正在国内大力推广,但尚无运营案例.结合国外齿轨铁路建设和运营经验,对齿轨铁路轨道结构关键技术,如齿轨尺寸及加工、齿轨与轨枕连接方式、轨道锚固、轮轨-齿轨过渡和道岔等进行了研究与归纳,并提出无缝齿条和有砟固化等理念.     

简支梁桥上有轨电车嵌入式轨道纵向力分析

研究目的:因桥上无缝线路梁轨相互作用较为复杂,桥梁和轨道结构的受力与变形特性成为国内外学者的热点研究问题。为研究温度荷载、列车荷载和制动荷载作用下轨道结构的受力与变形规律及影响因素,根据嵌入式轨道的特点,本文通过建立嵌入式轨道桥上无缝线路有限元模型,计算伸缩力、挠曲力和制动力三种工况下轨道结构的受力与变形情况,并分析梁体温差、高分子材料纵向阻力和墩台纵向刚度对伸缩力的影响。研究结论:(1)嵌入式轨道的线路纵向阻力和垂向刚度均为线性变化,且轨板相对位移限值为6.2 mm;(2)轨道结构的受力和变形均随着梁体温差的增加而线性增加,允许梁体温差为38℃;随着线路纵向阻力的增加,钢轨纵向位移和伸缩力逐渐增大,而轨板相对位移则逐渐减小;桥梁墩台纵向刚度对轨道结构的受力和变形影响较小;(3)在挠曲力和制动力工况下,轨板相对位移和钢轨附加力均较小,故在设计时应重点关注伸缩力工况;(4)当梁体温差和轨温变化幅度为30℃时,钢轨强度和轨板相对位移均满足要求,因此在32 m简支梁上铺设有轨电车嵌入式轨道无缝线路是可行的;(5)本研究成果对桥上有轨电车嵌入式轨道设计具有参考价值。     

基于行车安全的连续轨道桥梁抗震设计研究北大核心

为探讨实用的轨道桥梁抗震设计方法,以轨道交通中广泛使用的连续轨道桥梁为研究对象,通过建立的地震荷载作用下车—轨—桥系统动力响应分析模型,模拟了列车在不同强度和卓越频率的人工地震波作用下过桥的全过程,分析了车辆类型、地震强度和频谱特征等因素对车辆与桥梁结构动力响应的影响;采用日本关于行车安全度的评价指标(脱轨系数、轮重减载率和横向轮轨力)作为地震时桥上车辆运行安全的评定标准,以列车脱轨临界状态时的桥梁动力响应作为桥梁振动的限值,统计得到了确保地震发生时列车安全运行的桥梁容许横向位移限值和横向加速度限值,绘制了桥梁振动限值曲线,并利用拉格朗日插值法得到曲线的数学表达式。研究结果表明,规范规定的桥梁横向位移限值有时不能满足地震作用下车辆运行安全的要求,对位于地震区的连续轨道桥梁横向振动位移限值的确定需要考虑地震动强度和频谱特性的影响。     

基于行车安全的连续轨道桥梁抗震设计研究

为探讨实用的轨道桥梁抗震设计方法,以轨道交通中广泛使用的连续轨道桥梁为研究对象,通过建立的地震荷载作用下车—轨—桥系统动力响应分析模型,模拟了列车在不同强度和卓越频率的人工地震波作用下过桥的全过程,分析了车辆类型、地震强度和频谱特征等因素对车辆与桥梁结构动力响应的影响;采用日本关于行车安全度的评价指标(脱轨系数、轮重减载率和横向轮轨力)作为地震时桥上车辆运行安全的评定标准,以列车脱轨临界状态时的桥梁动力响应作为桥梁振动的限值,统计得到了确保地震发生时列车安全运行的桥梁容许横向位移限值和横向加速度限值,绘制了桥梁振动限值曲线,并利用拉格朗日插值法得到曲线的数学表达式。研究结果表明,规范规定的桥梁横向位移限值有时不能满足地震作用下车辆运行安全的要求,对位于地震区的连续轨道桥梁横向振动位移限值的确定需要考虑地震动强度和频谱特性的影响。     

铁道轮轨黏着系数

铁道轮轨黏着限制对铁道列车安全运行至关重要,尤其现代高速列车速度已达350—360 km/h,并有向400 km/h甚或以上推进的趋势,所以高速轮轨黏着条件能否支持高速牵引力与制动力就是一个现实课题。时至今日,尚无法用理论方法推算轮轨黏着系数公式格式和数值范围,只能用纯经验方法处理。本文推荐常规列车中不同型式机车(牵引)计算黏着系数的实用公式,并提供3种核算利用黏着系数的方法,基于核算、分析与讨论若干类别的高速列车利用的黏着系数范围与少数既有的高速黏着系数公式之间的位置与关系,最终推荐中国湿轨黏着系数的实用公式(μ_j=0.04+13.7/120+v),作为高速列车(牵引与制动)统一的计算黏着系数公式以及常规列车的(制动)计算黏着系数公式。     

多跨简支梁桥上Ⅲ型板式无砟轨道制动力传递规律研究

为探究列车制动荷载作用下轨道、桥梁结构纵向受力特性及其影响因素,基于有限元法和梁-板-轨相互作用原理,建立多跨简支梁桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,对列车制动荷载作用下结构纵向受力特性、传递规律及其影响因素进行分析。结果表明:以全桥列车制动加载作为计算轨道及桥梁结构制动受力与变形时的最不利工况是偏安全的,并应以有载侧计算数据进行检算;桥上扣件需依据轨道板快速相对位移试算结果进行比选, WJ-8型小阻力扣件可适用于多跨简支梁桥且有较大安全冗余;桥上采用小阻力扣件或墩顶纵向刚度较小时均会使得列车制动荷载作用下的轨道板快速相对位移较大,不利于扣件的长期服役;轨道和桥梁结构制动检算过程中建议将桥跨数简化为10～15跨;需保证土工布隔离层的滑动性能,且应将其摩擦系数应控制在合理范围内。     

高速铁路桥上无缝线路纵向附加力研究

采用实体单元模拟桥梁及桥梁墩台、空间梁单元模拟钢轨、弹簧单元模拟桥梁与墩台及轨道之间的连接,建立梁—轨纵向相互作用三维有限元空间力学模型。以丰沙线永定河单线铁路桥梁、秦沈线沙河双线铁路桥梁对其进行计算验证。以秦沈客运专线32 m多跨双线整孔简支箱型梁桥为例进行纵向力分析,研究结果表明:列车在桥上双线对开,钢轨挠曲附加力有明显增大;列车在桥上单线制动,四根钢轨的制动附加力有较大的差别;列车在桥上双线对向制动,相比单线制动,钢轨制动附加力有一定程度增大,但增大得并不多。     

重载车桥耦合作用下48 m钢桁梁桥动力性能

研究目的:随着社会经济发展和人们需求的提高,铁路货运能力亟待进一步提高,在既有铁路网基础上加大铁路列车轴重是有效提高铁路运能的主要途径之一。列车轴重增大后车桥振动效应将增加,既有铁路网中的钢桥能否适应铁路轴重的提高成为列车轴重能否增加的关键问题。本文为分析重载列车作用下钢桥动力性能,选取既有线中常用跨度48 m钢桁梁桥为研究对象,通过轮对与轨道接触处的力与位移相互关系建立空间重载铁路车-桥系统耦合振动分析模型,在与实测结果对比基础上,对影响重载铁路钢桁梁桥动力性能的轨道不平顺、列车轴重和列车速度等因素进行系统分析。研究结论:(1)轨道不平顺功率谱、列车轴重和列车速度均对重载列车作用下的钢桁梁桥的动力性能有着重要影响;(2)美国六级轨道不平顺与桥上实际线路不平顺更加接近;(3)重载铁路运输中27 t轴重列车通过48 m钢桁梁桥时建议对列车运行速度进行限制。     

多线预应力混凝土斜拉桥上无缝线路纵向受力与变形

为探讨大跨度斜拉桥上无缝线路纵向受力与变形规律,以一座多线预应力混凝土斜拉桥为例,采用有限元法建立了"塔-索-梁-轨"空间耦合有限元模型,分析了温度荷载、列车荷载以及制动荷载对桥上无缝线路纵向受力与变形的影响。结果表明:当桥塔温度变化时,钢轨伸缩力、钢轨纵向位移和桥梁的纵向位移均无明显变化,钢轨伸缩力最大幅值出现在连续梁两部,并在简支梁梁缝处出现峰值;在列车荷载作用下,各条线路的钢轨挠曲力和钢轨纵向位移随着距加载线路距离的增大而逐渐减小,钢轨挠曲力最大幅值出现在连续梁端部;在制动荷载作用下,钢轨制动力最大幅值出现在连续梁端部,并在加载的起点与终点出现峰值突变,加载的起点或终点与连续梁端部重合时为最不利位置。研究结果可为大跨度斜拉桥上无缝线路设计提供理论参考。     

直线电机轮轨交通系统牵引坡度及启/制动距离计算研究

直线电机轮轨交通是一种采用直线感应电机LIM牵引的新型城市轨道交通形式.在分析直线电机轮轨系统列车牵引和制动特性的基础上,从列车受力分析的角度,建立直线电机线路参数分析的模型;利用该模型,计算得到直线电机轮轨线路的安全牵引坡度及启/制动距离.     

城市轨道交通桥梁列车制动力试验研究

为研究城市轨道交通桥梁列车制动力及其传递规律,在某新建高架标准跨槽形梁上进行列车制动试验,得到车体最大减速度、有效制动力及钢轨附加力。测试结果显示:钢轨制动附加力远小于高速铁路无缝线路桥梁,且上部结构采用槽形梁可显著减小挠曲附加力;最大轨面制动力率为0.13,有效制动力率为0.10,轨面制动力率按现行规范取0.15偏于安全。建立梁轨相互作用有限元模型,计算试验荷载下钢轨附加力,将测试值与理论计算值进行比较,二者吻合较好。计算结果表明:有效制动力率随墩顶纵向刚度增大而增大,对常用跨度简支梁,有效制动力率可从0.09～0.15范围内选取。     

长大连续坡道刚构桥上无缝线路力学特性研究

为了研究长大连续坡道上无缝线路的力学特性,以贵阳城市轨道交通1号线为例,建立包括钢轨-桥梁-桥墩的一体化计算模型,分析不同坡度、列车制动荷载和扣件间距条件下轨道结构力学特性的变化规律。计算分析结果表明:坡度和列车制动荷载的增大对钢轨的纵向受力、变形以及桥墩受力均不利,设计时应该合理控制线路的坡度;对于高架结构,随着扣件间距减小,梁轨相互作用增强,贵阳地铁1号线高架结构扣件间距建议值为0.625 m。     

城市轨道交通进站制动算法研究

城市轨道交通列车制动问题解算的核心是制动距离的计算.在常用算法的基础上提出一种采用运行距离与进站制动点并进的求解方法.这种求解方法不需要反复试凑就可获得进站制动点,能更快速、准确地确定进站制动点及制动距离,且可使计算速度大幅度提高.     

重载货车轴重与速度匹配关系研究

基于重载货车轨道耦合动力学模型,采用机车车辆与线路最佳匹配设计方法,进行货车轴重与速度的匹配研究.结果表明:25,27,30和40t轴重重载货车容许通过轨道低接头的速度应分别小于110,100,90和60km·h-1;40t轴重重载货车以60km·h-1速度在直线线路上运行时,其轮轨垂向力为249.6kN,非常接近英国铁路250kN轮轨垂向力的限值;在我国现有以60kg·m-1轨为主的干线铁路上开行30和40t轴重重载货车,对轨道结构的破坏比现有低轴重货车严重得多,但开行27t轴重重载货车是可行的;40t轴重重载货车在600m半径的曲线轨道上以40～120km·h-1速度运行时,轮轨垂向力最大值超过了英国铁路的250kN轮轨垂向力限值,轮轨横向力最大值非常接近我国《铁道车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》所规定的77.80kN容许限值,另外轮轨磨耗功非常大,因此40t轴重重载货车还不能直接应用于我国现有60kg·m-1钢轨的轨道.