基于离散元法的有砟道床阻力特性研究

研究目的:为探究道床纵横向阻力变化特征,本文通过进行现场原位试验并采用离散单元法建立道床-轨枕三维离散元模型,研究道砟级配、轨枕埋深、边坡坡度、道床肩宽对道床纵横向阻力的影响。研究结论:(1)道床纵横向阻力随着道砟级配变宽而增大,当道砟颗粒级配为包络线上下限中间插值及包络线上限时,道床纵横向阻力满足规范要求;(2)道床纵横向阻力随着轨枕埋深增大而增大,当轨枕埋深大于150 mm时,道床纵横向阻力满足规范要求;(3)随着道床边坡坡度变缓,道床横向阻力增大,纵向阻力基本不变,坡度为1∶1.75或更缓时,道床纵横向阻力满足规范要求;(4)随着道床肩宽增大,道床横向阻力增大,纵向阻力基本不变,当肩宽大于400 mm时,道床纵横向阻力满足规范要求;(5)本研究成果对于指导有砟道床设计、施工以及提高有砟道床力学性能具有参考价值。     

米轨混凝土枕道床横向阻力离散元数值模拟

研究目的:为分析米轨混凝土枕有砟道床横向阻力变化特征,本文首先通过圆筒堆底试验与离散元模拟对道砟的摩擦系数进行标定,然后采用离散元法研究匀速推动轨枕和变速推动轨枕两种情况下米轨道床横向阻力特性,同时用单根轨枕测试法开展米轨道床横向阻力试验以验证离散元模型的正确性,最后利用离散元模型探究道砟堆高和道床肩宽对米轨混凝土枕有砟道床横向阻力的影响。研究结论:(1)通过圆筒堆底试验与离散元模拟发现,道砟颗粒摩擦系数取0. 63时与试验结果相吻合;(2)与匀速推动轨枕相比,变速推动轨枕得到的道床横向阻力仿真值与实测值更吻合,因此变速推轨枕得到的道床横向阻力的仿真精度更高;(3)米轨混凝土枕有砟道床横向阻力随着砟肩堆高的增加而增大,砟肩堆高150 mm能显著提高米轨混凝土枕有砟道床横向阻力;(4)随着道床肩宽的增加,米轨混凝土枕有砟道床横向阻力不断增大,当道床肩宽在400～500 mm之间时对道床横向阻力的提高最经济有效;(5)本研究成果可为米轨铁路无缝线路设计理论和米轨铁路有砟道床设计理论提供参考。     

双块式轨枕道床横向阻力试验与力学分析

研究目的:道床横向阻力是保持轨道几何形位及无缝线路横向稳定性的重要参数。随着有砟轨道运营技术条件复杂化,对轨枕设计和选型提出更多挑战,发展更加安全、可靠、经济、可用轨枕技术方案成为研究热点。针对国内有砟道床上铺设双块式轨枕及其横向阻力研究较少的情况,本文通过进行一系列工况下双块式轨枕和Ⅲc型轨枕横向阻力试验,研究双块式轨枕横向阻力基本特性与影响规律。研究结论:(1)在相同道床断面条件下,双块式轨枕横向阻力高于Ⅲc型轨枕,前者较后者提高幅度13.6%~25.5%;(2)砟肩宽度增加,双块式和Ⅲc型轨枕的道床横向阻力均提高,但增长效果无明显差异;(3)砟肩堆高能显著提高双块式和Ⅲc型轨枕的道床横向阻力,如当砟肩堆高从0 mm增加到150 mm时,道床横向阻力分别增加4.2 kN(51.9%)、2.7 kN(38.0%),即砟肩堆高对双块式轨枕更有效;(4)本研究结论可为双块式轨枕在我国轨道工程上的应用奠定理论和试验基础。     

米轨混凝土轨枕与钢枕道床阻力研究

为明确米轨混凝土轨枕和钢枕道床阻力,建立了实尺米轨铁路有砟轨道试验平台,采用原位测试法测试单根轨枕的道床阻力,并拟合得出道床纵向、横向阻力-位移关系函数.结果表明:位移为2 mm时,米轨混凝土轨枕和钢枕道床的纵向阻力设计值分别为9.67、8.31 kN,道床横向阻力设计值分别为5.27、4.98 kN,米轨混凝土轨枕、...     

米轨铁路钢枕有砟道床横向阻力试验与仿真

研究目的:为探究米轨铁路钢枕道床横向阻力变化特征,本文开展米轨铁路钢枕道床横向阻力试验,并基于离散元法建立并研究米轨钢枕有砟道床横向阻力,通过试验结果验证米轨钢枕有砟道床离散元模型,同时采用离散元法分别探究砟肩堆高、道床肩宽和道床边坡坡度对米轨铁路钢枕道床横向阻力的影响.研究结论:(1)轨枕横向移动2 mm时米轨钢枕道...     

道砟胶对道床参数的影响研究

为了明确经过道砟胶组织后,道床参数的变化情况,在试验室进行了轨道实尺模型试验,测试了喷道砟胶前后道床纵、横向阻力、支承刚度的变化情况。试验结果表明:如果喷胶量为48 kg/m3,枕底、枕间及砟肩都喷道砟胶时,道床纵向阻力大约提高8.5倍,横向阻力大约提高17.4倍,加载的竖向力为140 kN时支承刚度提高37.6%,并且在卸载5 min内轨枕位移约恢复90%。因此,道砟胶可以应用在小曲线半径无缝线路、无砟轨道向有砟轨道的过渡段上,以提高道床横向阻力、调整道床支承刚度。     

高速铁路桥上有砟轨道结构力学特性分析

在京沪高速铁路济南黄河大桥有砟轨道开展了系统性的动力试验,内容包括列车运行安全性指标和轨道结构稳定性参数等。测试结果表明:京沪高速铁路时速250～350 km动车组通过桥上有砟轨道时,实测脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力均在相应安全限值以内;钢轨横向位移、轨枕横向位移、动态轨距变化量与列车运行速度均呈现出正相关的关系;采用弹性轨枕有利于改善高速铁路桥上有砟轨道的弹性,但会降低道床横向阻力和轨枕支承刚度,应重点关注弹性轨枕区段道床横向稳定性;既有标准中对轨枕支承刚度的规定对高速铁路桥上铺设弹性轨枕的有砟轨道区段不完全适用,建议提出相应的验收标准。     

Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床纵横向阻力设计参数试验研究

研究目的:在此之前,国内曾经对铺设Ⅱ型枕的有砟道床阻力进行过测试,并提出过道床阻力参数。但随着我国高速铁路的大规模建设和既有线的不断提速,有砟轨道普遍使用Ⅲ型混凝土轨枕,同时道床断面尺寸、道砟材质及颗粒级配不断强化提高,确定Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床线路阻力是进行有砟轨道无缝线路设计的一项重要基础工作。研究结论:本文选取武汉至襄樊区间增建第二线云梦段作为测试工点,通过现场原位测试和对测试数据进行数理统计分析,拟合确定了Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床纵向、横向阻力曲线,同时计算了Ⅲ型混凝土轨枕有砟道床的等效横向阻力,其结果可为铁路无缝线路设计阻力的取值提供参考。     

高速铁路有砟道床质量评价指标优化方法研究

有砟轨道是我国高速铁路所采用的最主要的轨道结构形式之一,有砟道床的质量状态评价是新建线路及铁路工务部门在日常养护维修工作中关注的重点。通过现场试验,对现行规范中道床纵向阻力、横向阻力及枕下支承刚度3项道床质量状态评价指标的相关性进行研究,通过一次线性回归对实测结果进行分析。并基于Pearson相关性数学模型,提出各项评价指标相关性的量化分析方法。最后基于分析结果,对有砟道床质量状态关键评价指标中道床阻力的测试设备及测试方法进行优化。研究结果表明:道床纵、横向阻力之间呈现了较强的正相关关系,而道床阻力与支承刚度间的相关性并不明显。因此,建议相关规范在确定高速铁路有砟道床质量评价标准时,考虑采用道床横向阻力一项指标代替道床纵、横向阻力两项指标,以优化有砟道床评价体系。     

移动列车荷载下桥上有砟轨道偏心研究

为研究列车作用下有砟轨道中线与桥梁中线偏心发展机理,以石太线上行多跨连续钢筋混凝土上承式拱桥为例,建立考虑轨道结构层间相互作用及轨道与桥梁弹性耦合效应的轨道-桥梁模型,研究桥上有砟轨道结构参数对有砟轨道-桥梁偏心影响规律.研究结果表明:增加轨下扣件横向刚度能显著减小线梁偏心,轨枕-道床横向支撑刚度对偏心影响较小,而散体道床横向剪切刚度及梁轨界面横向刚度的影响可以忽略;随着道床厚度的减小,线梁偏心减小;外轨超高对偏心有一定影响;随着有砟轨道中心与桥梁中心初始均匀偏心增加,线梁偏心呈较快发展趋势.     

大坡道米轨道床阻力及轨排稳定性研究

为研究大坡道米轨(齿轨)有砟轨道结构稳定性,通过建立米轨离散元和有限元轨排模型,分析该结构在不同坡度条件下道床阻力变化及在荷载作用下轨排纵、横向稳定性。研究表明:(1)受轨枕与道床之间正压力减小和道砟颗粒之间接触减弱的共同作用,随着坡度增大,轨枕道床纵、横向阻力逐渐降低,且降低幅度明显高于轨枕与道床间正压力的降低幅度;(2)随着坡度的不断增大,在纵向制动荷载作用下轨枕位移显著增大,且有砟道床整体稳定性逐渐降低;(3)综合考虑轨枕位移及有砟道床整体稳定性,建议米轨有砟轨道最大坡度不超过500‰;(4)在温度荷载及制动荷载作用下,为保证米轨铁路曲线段的横向稳定性,在坡度为250‰时,无齿轨段曲线半径≮700 m,有齿轨段曲线半径≮600 m。     

桥上挡砟板-道床横向阻力试验及分析

研究目的:道床横向阻力是有砟轨道的基本力学参数。为研究挡砟板参数对道床横向阻力的影响,针对有砟道床-挡砟板结构体系,采用5种不同形式挡砟板,通过实尺1∶1道床横向阻力试验,分析不同类型挡砟板对道床横向阻力和挡砟板抗倾覆性的影响。研究结论:(1)使用挡砟板后,由于取消道床边坡,道床横向阻力有所减小,但减小量不大,约为1. 4%;(2)使用挡砟板后,砟肩宽度减小(500 mm、400 mm、300 mm),道床横向阻力和挡砟板抗倾覆性能减小;(3)随"L"型和"倒T"型挡砟板深入道床长度(400 mm、500 mm、600 mm)及外侧长度的增加(0、100 mm、200 mm),横向阻力仅增加0. 1 k N,可认为不影响道床横向阻力,但挡砟板抗倾覆能力得到增强;(4)本研究可为桥上挡砟板选型及优化提供参考。     

Ⅲ型混凝土轨枕道床纵、横向阻力试验分析

目前,我国新建、改建铁路有砟轨道普遍铺设Ⅲ型混凝土轨枕,但对于Ⅲ型轨枕道床纵、横向阻力尚未完全明确。确定Ⅲ型轨枕道床纵、横向阻力对于无缝线路设计、施工及养护均具有重要的现实意义,同时,为轨道设计、施工规范和验收标准的制定提供科学依据。通过试验分析,采用现场原位测试和数理统计分析方法,确定合理的道床纵、横向阻力值。     

银吴高铁有砟轨道道床施工工艺与质量控制研究

针对新建银吴高速铁路的有砟轨道施工质量要求高、无铺轨基地支持、施工分段多等工程特点,开展施工工艺和过程质量控制研究。利用传统施工工艺方便、灵活的优势,结合高速铁路轨道工程质量要求和工效要求进行有砟道床施工工艺优化设计;建立试铺与观测试验段,开展道床密实度、纵横向阻力和轨枕频响试验,对道床施工质量进行检测与评估,指导全线施工质量控制。研究表明:在轨枕位移为2 mm时,道床纵向阻力值为16.3 kN(大于规定值12 kN)、横向阻力值为8.1 kN(大于规定值7.5 kN),枕下道床密度为2.0 g/cm~3(大于规定值1.75 g/cm~3);有砟道床的第一、二、三主频振动区间主要集中在100～500 Hz的低频范围内,主要指标均满足规范的标准要求。     

轨道框架对散粒体道床非线性纵向阻力影响的试验研究

为深入探索轨道框架对道床非线性纵向阻力的影响,通过建立足尺模型,采用轨道框架法测试道床纵向阻力-位移关系曲线,从轨枕数量、屈服位移、屈服阻力等角度研究轨道框架纵向变形机理,获得轨道框架下道床纵向阻力非线性力学特征。在此基础上,建立轨排结构道床纵向阻力均值计算方法。结果表明:轨道框架道床纵向阻力值明显小于各轨枕阻力之和,且随着轨枕数量与屈服位移取值的增加,差异逐渐增大;当轨道框架沿纵向移动时,道砟颗粒呈现出不规则的运动规律,轨道框架中间位置处颗粒运动的不规则性相对两端较弱,且颗粒位移扩散角较小;轨排结构道床阻力均值计算方法可以较为合理的预估出阻力值的大小,且随着轨枕数量的增加,道床阻力均值趋于稳定。     

米轨钢枕轨道不同坡度的道床阻力分析

为分析不同轨道坡度对道床纵横向阻力的影响，开展米轨铁路有砟轨道钢枕平坡和250‰坡度道床纵横向阻力室内试验，并建立离散元模型，通过室内试验验证了离散元模型的正确性，进一步建立了多种坡度的米轨钢枕有砟道床离散元模型。研究结果表明：平坡与250‰坡度米轨钢枕道床纵向阻力实测均值分别为11.33,10.31 kN/枕，道床横向阻力均值分别为7.44, 7.11 kN/枕，纵向阻力衰减了9%,横向阻力衰减了4.44%;米轨钢枕的道床纵横向阻力均随坡度增大而减小，坡度在0～700‰变化时，道床纵向阻力与横向阻力之间存在线性关系，斜率约为1.7,纵向阻力变化程度大于横向阻力；道床纵横向阻力均随坡度呈余弦趋势衰减，但并非单一的按照坡度的余弦值改变，在坡度小于200‰时，道床阻力可近似按坡度余弦折算考虑，坡度大于200‰时，可根据拟合余弦公式预测道床阻力。     

30 t轴重重载铁路有砟轨道动力性能试验研究

在瓦日(吕梁市兴县瓦塘镇—日照港)重载铁路综合试验段开展30 t轴重实车试验,研究新型重载铁路有砟轨道结构扣件、轨枕及整体轨道结构的动力性能。研究结果表明:30 t轴重重载列车通过时,新型重载有砟轨道安全性参数均小于安全限值;弹性垫层采用TPEE材质,并提高了垫层刚度,延长了其疲劳寿命;弹条Ⅵ型扣件具有足够的横向承载能力,保持轨距的能力较好;Ⅳa型轨枕承载能力高,具有较大的安全储备且其横向位移小,具有较好的轨道结构稳定性;通过提高道床厚度降低了道床底部应力,减少了重载列车对路基的破坏;新型重载轨道结构提高了轨道结构的横向刚度,具有更好的稳定性。     

高速铁路有砟轨道横向阻力宏细观分析

研究目的:道床横向阻力是保持列车平稳安全运行的重要因素,砟肩部位是横向阻力重要组成部分,但高速铁路为防治飞砟采取降低砟肩堆高措施,导致道床横向阻力降低。为探究不同速度等级下高速铁路有砟道床横向阻力变化情况,本文进行了Ⅲc型轨枕在不同道床几何断面下横向阻力现场试验。同时,基于3D扫描与离散元法,以颗粒簇Clump和墙体单元分别模拟道砟颗粒和轨枕,细观分析阻力大小、分担、力键及接触特性。研究结论:(1)速度由200 km/h提升至250～300 km/h、300 km/h以上(350 km/h)道床断面条件下,试验结果分别相应降低6. 6%、11. 8%,数值研究分别降低12. 6%、24. 2%,建议300 km/h以上(350 km/h)应采取措施满足横向阻力要求;(2)轨枕底部及轨枕端部占约80%道床横向阻力,枕心部位道砟并未充分参与和作用,宜采取轨枕结构设计、密实和部分胶结方案;(3)轨枕底部-道砟在轨枕横向位移时接触数目较小,轨枕底部结构和纹理可进行优化以增大接触数目;(4)本文研究结果对不同时速下有砟道床断面选型具有一定指导意义。     

中俄高速铁路有砟道床技术条件分析——时速350 km高铁设计参考与借鉴

为厘清中俄高速铁路有砟道床技术条件差异及其内在原因,通过对两国不同轨距高速铁路有砟道床设计规范及技术条款进行分析,针对莫喀高铁和京张高铁(350 km/h)运营要求,考虑到轨距、温度变化不同因素影响,所得主要结论如下:(1)道床砟肩宜采用无堆高形式,道床边坡宜采用1∶1.75,加强道床夯实。道床厚度宜采用35 cm,如在桥隧地段、路基基床表层采用沥青层、弹性轨枕可降低为30 cm;(2)结合欧洲高铁经验,道床纵向阻力不应小于14 kN/枕,横向阻力不应小于12 kN/枕,可满足时速350 km要求;(3)时速350 km及其以上必须进行飞砟设计和措施研究;(4)时速350 km须进行轨枕设计,可通过形状和尺寸方式。由于轨距不同,建议莫喀高铁轨枕长度采用2.7 m、京张高铁采用2.6 m。     

高速铁路有砟道床纵向阻力滞回曲线特征及规律研究

针对有砟轨道道床纵向阻力的强非线性特点,通过足尺试验模型,在不同加载速率和位移极值的周期性纵向荷载作用下,研究散体道床的纵向阻力滞回曲线特性及规律。结果表明:散粒体道床在周期性荷载作用下的卸载曲线与加载曲线不重合,加、卸载曲线形成一条闭合的、呈中心对称的滞回曲线;滞回曲线的形态特征并非理想的滞回状态,滞回环面积随位移幅值的增加线性增大;位移幅值越大道床能量耗散系数越大,道床耗能能力越强,滞回曲线越饱满;道床的动刚度近似随荷载循环周次的增加线性递减;滞回曲线分段刚度值受位移幅值影响明显,不同位移幅值下的滞回曲线分段刚度值不同。有砟道床纵向阻力具有滞回特性说明其正常使用状态存在动态耗能行为,有助于深入研究高速条件下有砟线路的高稳定性、高可靠性和高安全性。