弹性短轨枕空吊对车辆-轨道系统的动力学影响分析

弹性短轨枕减振轨道是城市轨道交通所采用的经济有效的减振措施之一,但由于轨枕空吊的影响,近年来在工程中的用量急剧下降。采用车辆-轨道耦合动力学理论,建立可以考虑单侧轨枕空吊的车辆-轨道空间耦合振动模型,对城市轨道交通弹性短轨枕轨道轨枕空吊引起的车辆、轨道系统的振动响应进行理论分析。结果表明,弹性短轨枕空吊对钢轨扣件、轨枕的动力学影响最为显著,其次是轮轨力,对车体振动的影响为最小。若出现2根以上轨枕的连续空吊,则钢轨扣件系统受力会超出设计允许范围。通过轮轨力或车辆振动参数对轨枕空吊不易检测或识别。     

双块式无砟-有砟轨道过渡段不平顺及动响应分析

通过对现场双块式无砟轨道-有砟轨道过渡段的调研发现过渡段存在有砟轨道轨枕空吊、辅助轨缺失、辅助轨扣件缺失等现象,针对这些现象结合综合检测列车轨道几何数据对过渡段的轨道几何演变规律进行分析,同时运用仿真计算的方法对过渡段在不同不平顺和不同运营速度条件下的动响应进行计算。经研究,无砟轨道和有砟轨道过渡位置易产生幅值相对较大的高低不平顺,随着时间的增加高低不平顺易逐渐恶化。经分析,辅助轨可提高一定的轨道刚度,削减部分来自轨枕空吊对行车产生的不利影响和行车过程中轨道的动态不平顺,并且过渡段对250 km/h以下的运营速度具有一定的适应性,而对300~350 km/h的速度仅在不平顺状况良好的情况下表现出适应性。     

弹性短轨枕在武汉地铁中的应用问题及解决方法

为减少振动及噪声,武汉地铁1号线使用弹性短轨枕轨道形式,但这种轨道形式在长时间的运营后出现了轨枕-套靴-道床之间剥离、间隙扩大、轨枕空吊、轨距变化大、减振量下降、短轨枕破裂等现象,分析出现问题的原因,并对轨道状态较差路段的钢轨、轨枕变形测试数据进行对比分析,最后针对弹性短轨枕轨道病害总结出轨枕更换、空吊整治、减振方式改造3种维修方案。     

弹性短轨枕在武汉地铁应用中的问题及解决方法

为减少振动及噪声,武汉地铁1号线使用了弹性短轨枕,但在长时间运营后出现了轨枕—套靴—道床之间剥离、间隙扩大、轨枕空吊、轨距变化大、减振量下降、短轨枕破裂等现象,分析出现问题的原因,并对轨道状态较差路段的钢轨、轨枕变形测试数据进行对比分析,最后针对弹性短轨枕轨道病害总结出轨枕更换、空吊整治、减振方式改造3种维修方案。     

轨枕局部空吊对轨道结构力学性能的影响分析

为研究轨枕局部空吊对轨道结构力学性能的影响,基于有限元法,建立力学模型,选取多种典型工况,分析轨枕局部空吊对轨枕弯矩、轨下胶垫和道床受力的影响。研究结果表明:随着轨枕空吊面积的增大,轨枕负弯矩先增大后减小,轨枕局部空吊对轨枕受力更不利,更容易引起轨枕产生裂纹,同时局部空吊会使道床产生应力集中,容易出现粉化现象,影响道砟使用寿命;随着轨枕空吊高度的增加,轨枕负弯矩先增加较快,随后增加较缓,轨枕空吊高度的增加也会使道床受力逐渐增大。建议工务人员应密切关注现场轨枕空吊病害,及时捣固、夯实道砟,避免出现轨枕局部空吊问题。     

隧道内支承块空吊对钢轨竖向位移影响

为研究隧道内列车荷载下弹性支承块空吊对钢轨竖向位移的影响,基于银洞坡和定水坝隧道现场实测数据,建立考虑支承块空吊的力学模型,分析连续1~3块支承块空吊情况下钢轨竖向位移的超限情况。实测和研究结果表明:隧道内实测的空吊位置和量值具有不确定性特征,空吊现象引起的钢轨竖向位移有超过安全指标的情况;单块支承块空吊值在10 mm以下,钢轨竖向位移不出现超限情况,当连续2块或连续3块支承块空吊量大于3 mm时,钢轨竖向位移出现超限情况,对于隧道内复杂的支承块空吊病害,建议控制空吊量在3 mm以内,同时应尽量避免连续空吊情况。     

有砟轨道路基不均匀沉降引起轨枕空吊的计算方法

在通过1∶1有砟轨道模型试验分析轨枕空吊对路基不均匀沉降引起有砟轨道沉降影响规律的基础上,基于弹性点支承理论模型,引入路基不均匀沉降非线性边界条件,提出路基不均匀沉降引起轨枕临界空吊计算方法。结果表明:当路基的纵向不均匀沉降槽面积较小且未引起轨枕空吊时,轨面与路基不均匀沉降槽的面积比为1;随路基不均匀沉降增加,当面积比小于1时,将出现轨枕空吊现象,面积比将随路基不均匀沉降增加而减小。将该计算方法应用于模型试验中,通过对比轨枕空吊计算结果与试验结果,对计算方法进行验证。     

高铁桥上有砟轨道梁端周期不平顺演变规律及道床支承状态检测方法

针对高速铁路简支梁桥上有砟轨道梁端周期不平顺的形成机理及演变规律开展研究，重点分析环境温度对轨道周期不平顺的影响规律，并提出一种能快速检测有砟轨道枕下道床支承状态的方法 （BDS法）。结果表明：环境温度荷载引起的梁端道砟滑移流变会导致梁端道床支承刚度不足，引起轨枕局部空吊，导致梁端轨道高低周期不平顺，且环境温度变化量越大，梁端轨道高低不平顺变化量越大；32 m简支梁有砟轨道梁端周期不平顺会引起脱轨系数最大值增加25.4%，平均值增大11.9%，轮重减载率最大值增大178.68%，平均值增大130.27%。BDS法可实现枕下道床支承状态的快速无损检测，可与小型捣固机配合对高铁有砟轨道梁端周期不平顺进行整治。     

30t轴重下朔黄铁路轨道结构强化技术试验研究

本文针对朔黄铁路开行30t轴重货车时既有轨道的适应性与强化措施等问题,进行了系统的理论与试验研究。采用动力仿真分析与30t轴重货车实车试验相结合的方法,分析30t轴重下轨道结构的适应性。朔黄铁路既有轨道结构能满足大轴重货车近期少量开行的要求,但大轴重货车作用于轨道的动态荷载会明显增加,既有轨道结构面临轨道部件伤损增加、疲劳寿命缩短、小半径曲线稳定性储备不足等问题。根据30t轴重下轨道结构荷载特点,有针对性地开展轨道结构强化措施的研究,重点开展SH-Ⅰ型重载轨枕与SH-Ⅰ型重载扣件、小半径强化措施、75kg/m钢轨移动闪光焊技术、直线钢轨打磨廓面、重载道岔的研发等工作,各强化措施均已在朔黄铁路实施。对朔黄铁路既有轨道结构的强化改造,可全面提升轨道结构等级,能满足30t轴重货车的运营要求。     

轴重30t重载线路钢轨接头夹板抗弯刚度研究

在速度相同情况下,线路上车辆轴重越大,冲击力越大,对轨道结构和下部基础破坏力越大,钢轨接头是轨道结构的一个薄弱环节,提高钢轨接头夹板抗弯刚度是减少车轮冲击,延长接头区轨道结构使用寿命的最有效途径.本文用ANSYS有限元分析软件对重载铁路目前使用的两种钢轨接头夹板作了仿真计算,研究了轴重、夹板抗弯刚度对夹板受力及变形的影响,最后给出适应30 t轴重的夹板抗弯刚度的取值范围,为30 t轴重重载铁路接头区轨道结构的设计提供一定的理论依据.     

有砟轨道双轨模型振动带隙理论分析

现有的轨道结构振动分析模型通常根据轨道结构对称性将其简化为单根轨道的动力学模型,对其频散特性、振动衰减率进行分析。然而,单轨模型未能充分体现实际铁路中由2条轨道固定在轨枕上通过扣件连接形成的耦合特点,也忽略了振动波沿着轨枕横向传播时带来的差异。为了充分考虑钢轨和轨枕之间的空间耦合效应对有砟轨道振动带隙的影响,采用传递矩阵法将有砟轨道中的2根钢轨简化为欧拉梁,将道砟和扣件简化为连接弹簧,将轨枕简化为温克尔地基梁,建立有砟轨道结构的声子晶体双轨模型(DRPC);运用Fortran编制计算程序,对有砟轨道的振动带隙进行分析,并与仅考虑单根轨道的声子晶体单轨模型(SRPC)分析结果进行对比分析。分析结果表明：单轨模型的6种特征波包含在双轨模型的12种特征波中,且双轨模型其中一根钢轨的特征波带隙特性与相对应的单轨模型特征波带隙基本接近,而另一根钢轨的特征波带隙的中心位置和带隙宽度则较为不同;2种模型中与横向、扭转和平面内弯曲振动相关的特征波带隙特效差别较为明显,因此采用双轨模型能更精确地分析与横向、扭转和平面内弯曲振动相关的特征波带隙特性,弥补单轨模型的在空间效应简化上的不足,可更为精确地考虑与...     

30 t轴重车辆减速器预制轨枕板设计与应用

铁路编组站驼峰位置使用的普通轴重减速器轨枕板与道床易产生离缝、空吊,大量轨枕板出现板内裂缝、挡肩碎裂、螺栓孔开裂等病害。对既有普通轨枕板整体和局部构造进行改进,研制出30 t轴重车辆减速器预制轨枕板。通过建立有限元模型对不同工况下该轨枕板的静力学特性和局部受力进行了分析,确定最优结构设计参数;依据极限状态设计方法对轨枕板进行整体和局部配筋设计。铺设后,新型30 t轴重车辆减速器预制轨枕板承载能力和局部抗裂性能良好,安全性和耐久性满足30 t轴重重载要求,没有病害发生。     

轨枕间距对钢轨波磨的影响

主要研究轨枕间距对钢轨波磨发展的影响。研究小半径曲线内轨的小矢跨比波磨。这些出现问题的曲线段属于西班牙毕尔巴鄂区域的地铁轨道,铺设着混凝土道床和两层STEDEF型支承垫层。当初始轨枕间距为1000mm时,仅有92万组轮对通过后所测得的波磨深度峰-峰值已经达到0.42mm。随后更换产生波磨的钢轨,比较列车通过时轨枕上方和轨间中部的内轨垂向、横向加速度。当轨枕间距为1000mm时,轨间中部出现频率为204和244Hz的强烈响应,在轨枕上方却未出现。在相邻轨枕中间铺设一个轨枕,使轨枕间距变为500mm,钢轨波磨停止发展。该结论是根据2年的观测结果得到的。     

地铁列车经过轨道结构的振动研究

研究目的:通过建立轨道结构连续弹性双层梁模型,研究分析列车速度、轨道不平顺、钢轨垫板刚度和轨枕垫板刚度对轨道振动的影响,从而为工程实践提供技术依据.研究结论:车速对轨道结构振动影响明显,随着车速的增加,轨枕的振动速度明显增加,整体道床的作用反力峰值也有很大的增加,而且作用力的频率段也随着车速的提高而增长.轨道不平顺对轨道结构振动非常敏感,因此对钢轨表面和车轮踏面的日常维护对轨道结构的减振和安全有非常大的意义.轨枕和整体道床之间的橡胶减振套刚度对轨道结构振动有很大的影响,刚度增加会引起轨枕的速度明显减小,但整体道床反作用力会增加,而相应的频谱没什么变化.从隧道结构的安全来讲,橡胶减振套刚度应取较小值.     

基于周期结构法的弹性短轨枕轨道声振特性分析

为解决有限截取长度轨道模型边界振动反射波的干扰问题,基于周期结构原理,建立无反射边界的有限元轨道模型,分析弹性短轨枕轨道的隔振性能、轨道各结构的声辐射特性,以及不同轨枕下支承刚度对其振动和声辐射特性的影响。结果表明:基于周期结构原理建立的轨道模型能够消除边界反射波的影响,从而准确地反映轨道的振动特性;弹性短轨枕轨道的隔振率在整个频率段稳定在1,同普通板式轨道相比具有较为优良的隔振性能;弹性短轨枕轨道的总辐射噪声频率为0～240 Hz,轨下结构为主要贡献源,在频率高于240 Hz时钢轨成为轨道总辐射声功率的主要贡献源,在频率为1 020 Hz时轨道总声功率出现峰值,这与钢轨的Pinned-Pinned共振有关;为兼顾弹性短轨枕轨道的减振和降噪性能,轨下支承刚度应为40～160 MN·m~(-1)。     

道床刚度对钢轨接头动力响应影响研究

有砟轨道在施工阶段存在大量的钢轨接头会加剧轮轨间冲击和振动，造成钢轨伤损，影响轨道平顺性，不利于工程车辆行车安全，合理的道床刚度能减缓钢轨接头处轮轨间的冲击作用，改善临时轨道结构的受力和变形。基于多体动力学理论，以21 t轴重平车为研究对象，建立车辆-钢轨接头耦合动力学模型，研究钢轨接头区轮轨动力响应，分析道床刚度对轮轨冲击的影响规律。结果表明：钢轨接头区的轮轨冲击较为显著，其轮轨垂向力比非接头区增大约1.4倍。随着道床刚度增加，轮轨垂向力呈非线性增加趋势，钢轨和轨枕的垂向加速度和垂向位移均呈减小趋势，道床刚度为170 kN/mm时，轮重减载率最大值为0.63，接近我国规范的允许限值0.65；道床刚度小于45 kN/mm时，钢轨和轨枕的位移均超出了我国规范允许值（2.5 mm和2.0 mm）。因此，施工阶段应对道砟进行合理的捣固，宜将道床刚度控制在45～170 kN/mm。     

枕下支撑刚度对轨枕性能影响分析

城市轨道交通线路通车运营后碎石道床发生不均匀沉降,枕下支撑刚度发生变化,导致轨枕病害的产生,无法有效保持轨道形位和纵横向阻力,需要深入研究轨枕下支撑刚度对其性能的影响,以便更好地治理轨枕病害问题。采用不同枕下支撑刚度对轨枕的支撑作用模拟碎石道床不均匀沉降,建立有限元模型进行受力计算,分析不同支撑刚度对轨枕变形及弯矩等性能的影响。结果表明,轨枕跨中支撑刚度越大,轨枕变形和受力越小,但轨枕跨中弯矩相应增大;轨枕跨中支撑刚度变小时,轨枕变形增加。由此可见,轨枕跨中若出现道砟缺失,引起轨枕空吊,枕下支撑刚度减小,则轨枕处将产生较大变形,相邻的轨枕也将承受较大的荷载,严重时造成轨枕失效。     

轮轨垂向力地面连续测量的线性状态方法

为分析不同轨枕约束下钢轨应变的变化规律、实现轮轨垂向力地面连续测量,建立了6.0 m长、由10根轨枕支撑的轮轨垂向力测量有限元模型,通过周期延拓模拟轮对在钢轨上的滚动过程。计算结果表明:采用剪切法和压缩法等传统方法虽可以有效得到轮对通过钢轨跨中附近的轮轨垂向力,但无法稳定地得到轨枕上方的轮轨垂向力;对于任意轨枕约束状态下钢轨中和轴上的某些应变(剪切应变差、沿纵向对称分布的压缩应变和等),可以通过线性插值由标准刚度和0刚度2个基准轨枕约束状态下的钢轨中和轴应变得到(线性状态特性)。根据线性状态特性,构造轨枕约束状态与轮轨垂向力的二元方程组,并且优选特定系数下剪切应变差与压缩应变和的组合来消除轨枕约束状态对轮轨垂向力地面测量的影响,提出基于钢轨应变的轮轨垂向力地面连续测量的线性状态方法。经有砟及板式轨道上的试验,验证了该方法的有效性,并给出了单独采用该方法以及该方法与剪力法组合使用时的具体实现方案。     

轨枕悬空条件下的列车-轨道系统竖向振动响应研究

针对道床作为散体结构本身具有弹、塑性,在列车荷载的反复作用下会发生沉降,沉降的不均匀导致轨枕悬空的情况,基于列车—轨道系统竖向振动分析方法,研究1根和几根轨枕悬空时列车—轨道系统的竖向动力响应。计算结果表明,当列车通过悬空轨枕时轮轨相互作用增大,其中轨枕的竖向位移及加速度增长最明显,且随着悬空轨枕的根数增加,动力响应增长越明显;即使毗邻轨枕的支承良好,也受到悬空轨枕的影响,轨枕位移及加速度增长显著;轨枕悬空会加速轨道结构的破坏,甚至危及行车安全。     

基于惯性基准法的轨道高低不平顺影响分析

为研究轨道结构敏感因素对中长波高低不平顺的影响,建立了车辆—轨道耦合模型,基于惯性基准法仿真检测轨道高低不平顺,分析了轨道结构振动及不同扣件刚度、路基支承刚度和轨枕间距对高低不平顺的影响.结果表明:在波长2～6 m范围内,柔性轨道估算不平顺明显大于无质量轨道不平顺;从时域角度分析时,扣件刚度、路基支承刚度和轨枕间距对高...