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...     

米轨轨枕不同部位横向阻力分担比的数值模拟

研究目的:为了研究米轨混凝土枕和钢枕横向阻力分担情况,本文采用离散元法分别建立米轨混凝土枕和钢枕有砟道床模型,并通过单根轨枕横向阻力试验验证离散元模型的正确性,进一步研究米轨混凝土枕、钢枕横向阻力分担比例。同时在离散元模型不同部位建立测量圆监测道砟孔隙率,探究轨枕横向移动过程中不同部位道砟密实度变化规律。研究结论:(1)米轨混凝土枕枕端和枕底提供了约79%的道床横向阻力,与道砟颗粒接触面大的轨枕侧面道床阻力占比较小,可以采用密实和部分胶结等方式使枕心道砟充分参与作用;(2)米轨钢枕枕端提供了约60%的道床横向阻力,枕底提供了约30%的道床横向阻力;(3)米轨混凝土枕道床横向阻力主要来源于轨枕与底部道砟颗粒的摩擦作用和砟肩道砟的压力作用,而米轨钢枕道床横向阻力主要来源于枕腔内部道砟的挤压摩擦作用和砟肩部位道砟的压力作用;(4)本文结论可为米轨无缝线路的设计和养护维修提供参考和借鉴。     

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、...     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

桥上有砟道床阻力特性及尺寸优化研究

研究目的:建立桥上有砟道床离散元仿真模型,通过足尺道床阻力试验进行标定,分析道床宽度、厚度等断面参数对道床阻力的影响,探讨横向阻力影响范围和道床各部分对阻力的分担特性,提出大跨桥上有砟道床尺寸的优化建议,以期减轻二期恒载,为桥梁设计创造条件。研究结论:(1)在一定道床宽度范围内,道床阻力随顶面宽度的增大而增大,顶宽由3 400 mm增大到3 800 mm时,横向阻力增长率由16.9%降至4.6%,纵向阻力受顶宽影响较小;(2)在一定道床厚度范围内,道床阻力随厚度的增大而增大,厚度由250 mm增大到450 mm时,道床横向阻力增长率由31.4%降至5.9%,道床纵向阻力增长率由18.6%降至4.0%;(3)距枕端400 mm宽度范围内的砟肩道砟是提供横向阻力的主要区域;(4)道床阻力主要由枕底、枕侧和枕端阻力构成,其中横向阻力枕底分担比例约为62%,枕端约为24%,枕侧约为14%;(5)综合道床阻力、经济性和运维需求,建议桥上有砟道床顶宽取为3 400 mm,厚度取为300 mm;(6)本研究结论可为大跨桥上有砟道床断面尺寸优化提供借鉴和参考。     

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。     

列车振动荷载作用下有砟道床力学性能研究

研究目的:为探究有砟道床性能随列车荷载作用下的变化特征,进行现场原位试验并通过离散元分析软件PFC3D建立有砟道床模型,研究道砟竖向速度及沉降、轨枕与道砟振动加速度、道床阻力及枕下支承刚度的变化。研究结论:(1)记录了距轨枕底面0. 1 m、0. 2 m、0. 3 m处道砟竖向速度(0. 033 m/s、0. 029 m/s、0. 015 m/s)、沉降位移(3. 1 mm、2. 3 mm、1. 5 mm)、振动加速度(43. 39 m/s~2、29. 27 m/s~2、17. 23 m/s~2、9. 78 m/s~2),可知峰值速度、沉降位移及振动加速度随着深度增加而减小;(2)记录了循环加载100次、200次、300次、400次时道床横向阻力(16. 87 k N、17. 23 k N、17. 56 k N、17. 66 k N)、道床纵向阻力(24. 55 k N、25. 23 k N、25. 89 k N、25. 99 k N)和枕下支承刚度,可知道床横纵向阻力、枕下支承刚度随着荷载次数增加而增大;(3)本研究成果对指导有砟道床设计、施工、养护维修及研究有砟道床力学性能具有参考价值。     

复合轨枕道床横向阻力增强方法

为解决复合轨枕道床横向阻力不足的问题,基于复合轨枕材料和结构,提出横向阻力增强方案。采用3D扫描技术生成道砟颗粒模板库,构建轨枕-道床离散元三维模型,模拟分析了各种纹理复合轨枕对道床横向阻力的分担规律及其增强效果,并从细观层面分析了轨枕与道砟颗粒相互作用机理。结果表明:与普通条形复合轨枕相比,A1型,A2型,A3型,A4型,A5型纹理复合轨枕道床横向阻力可分别提高9.3%～11.4%,17.8%～23.6%,27.4%～32.0%,16.6%～21.8%,17.7%～21.2%;在复合轨枕与道砟接触表面设置纹理可增强轨枕表面与道砟颗粒之间的咬合,有效增大轨枕底面与道砟颗粒接触数目及轨枕侧面与道砟颗粒间平均接触力,提高枕底及枕侧阻力。     

冲击式人工捣固装置对有砟道床作用效应及质量状态影响研究

人工捣固作业是实现小区段线路日常养护维修的重要方式之一,可有效改善轨道几何形位、缓和线路不平顺、保证列车运行安全性。然而目前人工捣固装置进行养护维修作业主要依赖现场工人的工程实践经验,缺乏相关理论研究。为研究有砟道床人工捣固装置作业工作机理,借助离散元素法(DEM)-多体动力学(MBD)耦合方法,建立人工捣固装置-轨枕-有砟道床耦合仿真模型,并在现场开展人工捣固作业前后横向阻力试验,验证了模型的可靠性,分析人工捣固作业对道砟颗粒接触力及道床密实度的影响。结果表明：人工捣固作业会使道床横向阻力降低19.51%,道床横向稳定性减弱;捣入阶段会使道砟间接触力分布发生明显变化,其中,水平平面接触力分布由近似圆形向椭圆形变化分布,纵向平面接触力则由半圆形向花束形变化分布,颗粒间接触关系不断变化,逐步建立新的稳定传递关系;捣固作业会使道砟颗粒受迫运动,使枕盒及砟肩处密实度降低。因此,在人工进行捣固作业后应及时补填枕盒处道砟颗粒,并对砟肩处道砟进行拍实。     

城际铁路有砟道床力学特性研究

为研究城际铁路有砟道床的力学特性,采用现场试验及PFC3D数值模拟进行研究,明确了道床横向阻力、纵向阻力、支撑刚度之间的相互影响规律,阐明了边坡坡度、轨枕埋深、砟肩宽度对道床横向阻力的影响规律,主要得到了以下结论：道床横向阻力随纵向阻力的增加呈线性增大的趋势,且横向阻力仅为纵向阻力的58%;道床横向阻力检测试验操作简单,对轨道干扰小,可以采用检测道床横向阻力来代替支承刚度的检测,再通过道床横向阻力与支撑刚度之间的线性关系进行换算;道床边坡越缓,轨枕埋深越大,砟肩宽度越宽,道床的横向阻力越大。研究成果可为后续有砟轨道的修建和养护提供参考。     

新型钢枕道床横向阻力试验与分析

研究目的:钢枕具有100%可再生、可循环利用的优势,适用于不同速度、轴重、轨距的线路;设计和应用灵活,能够降低桥隧建筑结构高度;钢枕安装和运输方便,在"一带一路"国家中均有大量应用。由于钢枕结构和材质原因,其道床阻力较低,限制了钢枕应用范围的扩大。本文通过采用加肋和设置橡胶垫方式来提高钢枕道床横向阻力,进行不同条件下道床横向阻力试验研究。研究结论:(1)普通钢枕道床横向阻力为Ⅲc型混凝土轨枕的51. 9%～62. 4%,远低于普通铁路无缝线路设计要求,需要进行加强;(2)钢枕枕底、肩部及枕心道床横向阻力分担依次为52. 8%～74. 7%、11. 3%～37. 4%、9. 9%～14. 0%;(3)肋板可显著提升钢枕道床横向阻力,其作用优于砟肩堆高和加宽,且横向阻力随肋板数目增加而提高;(4)橡胶垫复合钢枕道床横向阻力均高于普通钢枕,大凸型增加比例为3. 0%～5. 9%,小凸型增加比例为22. 2%～25. 5%;(5)本研究成果可为扩大钢枕应用范围提供参考。     

高速列车作用下道床表面风场特性研究

道砟飞溅严重威胁高速铁路行车安全,其受道床表面风场特性影响明显。本文采用计算流体动力学方法,建立精确考虑轨道和车底外形的精细化仿真模型。基于验证后的模型,研究道床表面风速/风压空间分布规律,拟合分析行车速度、道床面高度和砟肩堆高对流场特性的影响,给出飞砟防治建议。研究结果表明:轨枕顶面和道心处风速/风压值较大,易发生道砟飞溅;轨道表面风压幅值与车速的平方成正比,与道床面高度、砟肩堆高成线性关系;若道床面高度、砟肩堆高均降低50mm,道床表面风压幅值将分别降低29.4Pa和9.7Pa,降低道床高度的效果更明显;道砟颗粒上、下表面压差是道砟飞溅发生的根本原因,可通过控制道床表面风压幅值、提高表层道砟稳定性等措施避免道砟飞溅。     

换枕机扒砟过程道砟阻力特性研究

根据散体力学原理分析换枕机扒砟过程扒齿受力情况,得出影响换枕机扒砟过程道砟阻力特性的主要因素为道砟密实度及扒砟速度;应用离散元软件EDEM建立道床离散元模型对换枕机扒砟过程进行仿真,仿真分析换枕机在不同扒砟速度下不同扒砟阶段的道砟阻力变化规律,得到扒砟速度与扒砟过程道砟阻力的关系,明确了换枕机扒砟过程道砟阻力特性,进而得出基于换枕机工作效率条件下的最大道砟阻力值,为换枕机结构强度设计及其液压系统稳定性研究奠定基础。     

山地米轨铁路有砟轨道结构稳定性研究

研究目的:本文以某山地米轨铁路为例,研究坡度250‰以上有砟轨道结构的稳定性和极限坡度。首先进行米轨混凝土枕的道床阻力测试试验,并建立轨排结构有限元模型,分析坡度和扣件阻力对轨排结构稳定性的影响;接着建立米轨有砟轨道三维有限元模型,研究坡度与竖曲线半径对有砟道床稳定性的影响;最后,根据扣件阻力、道床阻力与大坡道有砟轨道稳定性的关系提出米轨有砟轨道极限坡度和竖曲线半径的建议值。研究结论:(1)通过试验测试,得到了道床阻力-位移关系,结果表明轨排结构的稳定性随坡度增大而减弱,在扣件阻力不大于10 k N/组时其极限坡度为500‰;(2)有砟道床的稳定性随着坡度的增大而逐渐减弱,在列车荷载作用下,有砟道床保持稳定的最大坡度为500‰;(3)变坡点凸形竖曲线附近道床稳定性弱于直坡道地段,且其稳定性随着竖曲线半径的增大而逐渐增强,在坡度为250‰的情况下,为了保持有砟道床稳定竖曲线半径不能小于400 m;(4)本文研究成果可为米轨铁路大坡道有砟轨道结构稳定性分析提供理论与试验依据。