设计规范中无缝线路允许温升计算公式存在问题原因分析

《铁路无缝线路设计规范》规定无缝线路允许温升的计算采用修改后的"统一无缝线路稳定性计算公式"。该公式用于设计计算存在问题,本文对原公式及修改后的公式存在问题的原因加以分析。规范公式在建立过程中不妥当地改变了弯曲变形波长的性质,致使计算的无缝线路多种状态下的变形波长不可避免地出现无法解释的结果。     

无缝线路稳定性计算模型的研究

提出了两种新的无缝线路稳定性计算模型，分析了初始波长小于变形波长的单波曲线以及复波曲线的无缝线路稳定性，根据势能驻值原理推导出了稳定性计算的公式，并与现有公式进行了比较，在此基础上，分析了扣件变形对温度力的影响。     

无缝线路稳定性计算模型的研究

提出了两种新的无缝线路稳定性计算模型,分析了初始波长小于变形波长的单波曲线以及复波曲线的无缝线路稳定性.根据势能驻值原理推导出了稳定性计算的公式,并与现有公式进行了比较.在此基础上,分析了扣件变形对温度力的影响.     

无缝线路横向鼓曲失稳分析

运用有限单元法和无缝线路横向鼓曲稳定性理论,建立无缝线路横向稳定性计算模型,分析钢轨初始弯曲矢度、波长、导曲线半径及道床横向阻力对无缝线路稳定性的影响,提出提高无缝线路横向稳定性的具体措施。     

无缝线路轨道稳定性简便计算方法

无缝线路稳定性分析是无缝线路的理论基础和关键技术。本文在考虑轨道原始弯曲和非线性横向道床阻力的前提下,在轨道变形曲线假设为半波正弦曲线的情况下,应用内外力矩平衡法,进行无缝线路轨道稳定性分析,推导钢轨温度力计算公式。应用多元函数条件极值理论推导最不利的轨道弯曲波长,从而建立简便实用的无缝线路稳定性计算公式。将此模型的计算结果与《铁路线路设备大修规则》中铺设无缝线路允许温差表的要求进行了对比,两者计算结果较为接近。     

一种小半径曲线桥上无缝线路稳定性加强方案研究

针对小半径曲线桥上无缝线路稳定性问题,提出一种无缝线路稳定性加强方案,建立了考虑护轨作用的计算模型,通过修改计算参数,分析护轨本身和加强方案对桥上无缝线路稳定性的影响。结果表明:考虑护轨的影响,曲线半径小于600 m地段的无缝线路稳定性会被降低;在加强方案下,曲线半径大于250 m地段的无缝线路稳定性均能够得到提高,且随着曲线半径增大,提高量显著增大;加强方案下的护轨横撑槽钢强度能够满足要求;建议在进行小半径曲线桥上无缝线路稳定性分析时考虑护轨的影响,采用60 kg/m钢轨护轨的对桥上无缝线路稳定性影响的效果要好于采用50 kg/m钢轨护轨。     

朔黄铁路小半径曲线无缝线路稳定性及安全储备量研究

随轴重的增加,重载列车作用于轨道的荷载明显增加,在温度力和列车动载荷作用下,小半径曲线无缝线路产生"弹动"失稳。结合30t轴重条件下朔黄铁路无缝线路的稳定性问题,采用不等波长无缝线路稳定性计算方法,研究朔黄铁路小半径曲线无缝线路的稳定性以及不同强化措施下无缝线路的安全储备量。结果表明:在大轴重货车运行条件下,半径为400m的曲线无缝线路的最大温升已超过允许温升,其稳定性已无法满足要求;半径为450和500m的曲线无缝线路实际的安全储备量也明显降低;采用轨枕加密、更换重载轨枕和扣件的强化措施,可明显提高小半径曲线无缝线路稳定性;对于半径为400m的曲线无缝线路采用更换重载轨枕的强化措施后,在考虑制动温升为10℃条件下,其安全系数提高至1.43,即其稳定性得到明显增强。     

南仓特大桥桥上无缝线路设计

研究目的：研究刚构连续梁桥上无缝线路伸缩力的计算方法以及在曲线桥上不能设置伸缩调节器的情况下，如何加强无缝线路稳定性。 研究方法：通过对结构进行分析，建立刚构连续梁力学计算模型，利用计算机程序计算伸缩力；通过分析结构稳定性，研究桥上无缝线路线路加强设备。 研究结果：研制出在路基和桥梁地段都适用的无缝线路加强设备，即横向阻力器，通过实测阻力检算无缝线路稳定性。 研究结论：刚构连续梁可根据其结构建立计算模型计算伸缩力，计算参数宜采用实测数据，线路纵、横向阻力现场实测更重要；桥墩对梁的变形影响随墩刚度增加而增大，当采用高墩即墩顶纵向刚度较小时，影响也较小；横向阻力器制造、搬运和安装均较简单，而且对保证无缝线路稳定性有很大作用。     

初始不平顺与初始弯曲的叠加方式对无缝线路稳定性影响

针对无缝线路稳定性方面的分析,研究线路初始不平顺与初始弹塑性弯曲之间的叠加方式具有重要意义。根据无缝线路稳定性有限元分析理论建立钢轨、扣件、轨枕和道床阻力为一体的轨道框架模型,对于桥上无缝线路由于梁端相对伸缩产生的线路不平顺,分析线路不平顺幅值位置以及各弦测法对应矢度最大值位置与初始弹塑性弯曲的叠加线型对无缝线路稳定性的影响。分析表明:梁端横向伸缩引起的钢轨变形会降低无缝线路的稳定性。建议对于存在初始不平顺的线路,首先采用4 m弦长对线路初始不平顺进行测量,得到最大的矢度对应的位置,然后与钢轨初始弹塑性弯曲最大处相对应进行叠加,最后进行求解,以此作为计算无缝线路稳定性最不利的工况。     

轨道复合不平顺对无缝线路横向变形的影响分析

轨道复合不平顺会对行车的安全及稳定性产生较大影响,也是影响无缝线路横向变形的一个重要因素。为研究轨道复合不平顺对无缝线路的具体影响,通过构建三维轨道框架非线性有限元模型,采用轨道框架单点(或多点)位置发生横向及竖向位移来模拟复合不平顺状态,通过计算获取节点位移变化规律,进而分析轨道复合不平顺对无缝线路横向变形的影响作用。研究结果表明,轨道的复合不平顺会对无缝线路的横向变形产生显著的影响;当线路出现三角坑等类似病害时,其节点位移变化更为显著,在无缝线路的日常养护维修中应尤为注意。     

轨道参数对无缝线路稳定性影响的敏感性分析

以不等波长无缝线路稳定性计算公式作为系统数学模型,采用单参数敏感性分析方法,分析轨道参数对允许温升和轨道变形波长的影响,计算各自的敏感度系数。结果表明,轨道原始弯曲矢长比、轨道横移值对允许温差的敏感度系数影响很大,属于敏感参数,而钢轨扣件的阻矩系数H的敏感度系数相对较小,但仍在较敏感范围。对变形波长来说,轨道横移值是敏感参数,轨道原始弯曲矢长比、钢轨扣件阻矩系数H较敏感参数。计算结果表明,对不同的参数基准值,敏感度系数也不同。忽略轨道原始弯曲矢长比对变形波长的影响,计算的允许温差,其结果与变形波长随轨道原始弯曲矢长比变化时的允许温差相差甚微。     

内外力矩平衡法计算无缝线路轨道稳定性

采用内外力矩平衡法,并考虑轨道原始弯曲和非线性道床横向阻力及扣件阻矩,在轨道变形曲线假设为半波正弦曲线的情况下,对无缝线路轨道稳定性进行分析,并推导出钢轨温度力计算公式。输入不同的轨道变形波长,通过优化理论找出最小的钢轨温度力。将此模型的计算结果与使用《铁路轨道设计规范》条文中的轨道稳定性计算方法所得结果进行对比,发现两者计算结果较为接近。相对误差不超过3.8%,从而证明此方法的正确性。     

线路扣轨作业对无缝线路稳定性影响分析

根据无缝线路稳定性公式(波长相等模型)的基本理论和方法推导出扣轨条件下的无缝线路稳定性基本公式,分析了扣轨对无缝线路稳定性的影响、轨道膨曲的发生规律、产生的力学条件及主要影响因素的作用,提出了扣轨作业条件下无缝线路作业轨温范围,对现场扣轨作业具有理论指导作用.     

温度力作用下单元板式无砟轨道钢轨横向变形研究

为了研究无砟轨道钢轨横向稳定性,以曲线上单元板式无砟轨道无缝线路为对象,建立包括钢轨、扣件、轨道板和限位部件的无砟轨道钢轨横向变形计算模型,结合不同轨道板长度分析钢轨在温度力作用下的横向变形特性,讨论不同、限位部件弹性和初始弯曲半波长对钢轨横向变形幅值和扣件横向抗力的影响。计算表明,巨大温度力可导致钢轨沿线路纵向产生以轨道板为波长的周期横向不平顺,在小半径曲线地段,应采用刚度较大且塑性变形小的弹性限位垫层材料,重视半波长过小的初始弯曲的治理,并加强对钢轨横向位移和板端扣件使用状态的监测。     

小半径曲线铺设无缝线路的研究与应用

用无缝线路稳定性统一公式对小半径曲线无缝线路进行稳定性检算时存在局限性，把轨道在温度力作用下的变形曲线设为正弦曲线的半波，可得出适用于R≤600m的小半径曲线的修正计算公式，并在无缝线路设计中应用。     

考虑多影响因素的无缝线路稳定性研究有限元法

根据轨道结构特点以及轨道胀轨变形特征,将扣件、轨枕和道床模拟成一个弹性约束单元,导出约束单元的扭转刚度,将线路初始弯曲变形部分模拟成初始弯曲变形单元,从而建立考虑线路初始弯曲变形部分位置发生变化、不同初始弯曲变形弦长和初始弯曲变形矢度以及不同钢轨类型和曲线半径对无缝线路临界温升影响的无缝线路稳定性研究有限元法。算例分析结果表明:曲线半径越大,初始弯曲变形弦长越小,60kg·m-1钢轨线路比50kg·m-1钢轨线路的稳定性更高;曲线半径越小,初始弯曲变形弦长越大,50kg·m-1钢轨线路比60kg·m-1钢轨线路的稳定性更高。对于曲线半径较小的线路,初始弯曲部位越靠近线路纵向两端,线路的稳定性越差;扣件、轨枕和道床组成的约束单元刚度降低,临界温升也随之降低,会影响无缝线路的稳定性。     

考虑剪切变形的无缝线路轨道稳定性分析

运用“荷载变形”关系,在考虑剪切变形的情况下进行无缝线路轨道稳定性分析,并推导出钢轨温度力计算公式。输入不同的轨道弯曲波长,找出最小的钢轨温度力,此值对应着最不利的变形波长l。此外,对是否考虑剪切力的2种情况进行对比。研究结果表明,剪切力对失稳极限温度压力的影响非常小,因此,在实际计算中可以忽略。     

无缝线路横向位移安全储备量的探索

本世纪三十年代以来，无缝线路稳定问题二一直受到世界各国学者的重视。但由于问题的复杂性，这个认识过程至今还没有完结。本文不拟对这个问题进行广泛地讨论，仅参考英、美等国近十余年来发展的一种无缝线路稳定计算的数值计算法，对比国内统用无缝线路稳定计算公式(统一公式)的计算结果，提出位移安全储备量的概念，即：无缝线路轨道结构在受温度力作用下，其横向变形的发展趋势及其变形允许值计算问题。     

钢桁梁桥上无缝线路空间耦合模型研究

由于钢桁梁桥的桥梁结构和桥上无缝线路的轨道结构具有特殊性,不能使用简单的桥上无缝线路计算模型,为了更好地分析其受力与变形,以某8×33.7 m栓焊简支桁梁桥上无缝线路为例,采用ANSYS有限元软件建立了桥上无缝线路空间耦合模型。该模型充分考虑了钢桁梁桥纵梁、横梁、桁杆、桥墩和无缝线路钢轨、扣件、轨枕等的细部结构,及各部件对整体力学特性的影响,可以计算钢轨及桥墩在温度荷载和车辆荷载作用下所产生的附加力,也可以对梁缝纵向变化量、钢轨横向变形、桥梁竖向挠度等进行计算。     

长大简支梁桥上有砟轨道无缝线路纵横垂向变形研究

由于长大简支梁桥上无缝线路,在温度荷载和车辆荷载作用下的轨道和桥梁结构各项变形较大,简单的桥上无缝线路计算模型和检算项目已不满足要求。为了能够更好地分析其受力与变形,更详细地对其进行计算和检算,采用有限元方法建立了长大简支梁桥上有砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合模型。所建立的空间耦合模型,充分考虑了长大简支梁桥上有砟轨道无缝线路各部分的细部结构和其对整体力学特性的影响。采用该模型可以计算钢轨附加力,也可以对梁缝纵向变化量、钢轨横向变形、桥梁竖向挠度、梁端转角和梁轨相对位移等进行计算。计算结果详细,检算项目全面,方法便于设计与施工使用。