30 t轴重重载铁路有砟轨道道床结构设计研究

重载铁路因列车重量和长度增加、机车和车辆轴重提高,大幅增加了作用于线路上的荷载,对铁路道床有更高的要求。结合路基结构设计,提出了我国30 t轴重重载铁路有砟轨道道床可采用单层和双层2种结构。综合理论计算和室内试验给出了道床断面关键参数:道床厚度350 mm,砟肩宽度500 mm,砟肩堆高150 mm,道床边坡1∶1. 75。针对提出的道床结构在瓦日线重载铁路铺设了试验段,开展了30 t轴重列车实车试验。试验结果表明:实测脱轨系数最大值为0. 27,轮重减载率最大值为0. 21,轮轴横向力最大值为37. 1 kN,可满足列车运营安全性要求;实测横向阻力为13. 7 kN/枕,能够保证无缝线路横向稳定性;道床厚度采用350 mm相比300 mm可降低道床底面应力38. 8%。     

30t轴重重载铁路轨道刚度研究

重载铁路轨道的刚度由钢轨、支点间距和轨下支承刚度共同决定,合理的轨道刚度对延长轨道结构的使用寿命、减少现场养护维修工作量、提高线路的经济效益有着重要的实际意义。本文结合大秦线重载铁路扣件弹性垫层的使用情况,探讨了在30 t列车轴重作用下,不同钢轨类型及不同道床支承状态所对应的弹性垫层刚度范围。分析认为:30 t轴重重载铁路轨道宜使用68 kg/m钢轨或75 kg/m钢轨;对于新建重载有砟轨道线路弹性垫层刚度选取范围为120~160 kN/mm;对于既有有砟轨道重载改造线路弹性垫层刚度选取范围为100~140 kN/mm;对于刚性道床重载无砟轨道线路弹性垫层刚度选取范围为40~60 kN/mm。     

35～40 t轴重重载铁路有砟轨道结构方案及试验研究

基于国外重载铁路现状,并结合前期研究成果,提出了35～40 t轴重重载铁路有砟轨道结构方案。在高速铁路轨道技术国家重点实验室铺设了有砟轨道实尺模型,通过轨道结构刚度试验、荷载垂向传递试验获得了35～40 t轴重有砟轨道的轨道刚度、枕上支点压力、枕下0.55 m和0.95 m位置基床压应力;通过钢轨倾翻试验得知轨道结构在垂向荷载400 kN、横向荷载165 kN同时作用下,重载扣件安全可靠,轨道结构稳定,验证了该轨道结构具有良好的防钢轨倾翻性能;通过轨枕荷载弯矩试验验证了重载轨枕在垂向荷载单独作用、垂向和横向荷载耦合作用等不同的荷载组合工况下,轨下截面弯矩以及枕中截面弯矩均有一定的安全余量,轨枕强度能够满足35～40 t轴重铁路的承载要求。     

30t轴重重载铁路轨道结构技术创新与发展

论述国内外重载铁路总体现状和国内外重载铁路轨道结构现状及发展,以及新建山西中南部铁路通道概况。从有砟轨道、无砟轨道和重载道岔方面阐述和分析30 t轴重重载铁路轨道结构技术创新,提出我国30 t轴重重载铁路轨道结构技术发展思考。根据对30 t轴重重载铁路轨道结构体系的技术创新实践,提出加强对科研成果的总结和凝练,通过优化形成完善的30 t轴重重载铁路轨道结构技术标准体系等建议。     

33 t轴重重载铁路轨道结构合理刚度研究

现有刚度研究多运用准静态方法进行分析并确定轨道结构的刚度取值范围,而没有考虑轨道刚度对轨道结构动力响应的影响,为改进既有方法,文章以车辆-轨道耦合动力学为基础,建立垂向分析模型,运用Matlab编写动力学仿真计算程序,采用敏感系数法分析轨道结构动力响应对轨道部件刚度变化的敏感度,从而得出轨道结构的合理刚度。以轨道综合动力响应最小建立目标函数,得出33 t轴重货车作用下有砟轨道结构的最优刚度匹配为:扣件刚度120 kN/mm,道床刚度175 kN/mm。     

35.7t轴重重载铁路轨道关键设计参数研究

我国面临着发展重载铁路和承担海外重载铁路的设计任务,美国、加拿大、澳大利亚等国重载铁路的轴重普遍达到35.7 t,结合海外项目,以35.7 t轴重货车为例,对此轴重条件下的轨道结构主要设计参数进行研究。轴重的提高对重载铁路轨道部件提出更高的要求。采用商业有限元软件ANSYS,建立轨道-路基系统有限元模型,主要研究钢轨类型、轨下垫板刚度、道床状态、路基基床参数对35.7 t轴重货车的轨道结构静力学特性的影响,为轴重35.7 t轨道结构的关键参数选取提供建议。     

山西中南部铁路30t轴重重载技术方案设计研究

在介绍国内外重载铁路轴重现状和发展方向的基础上,结合新建山西中南部铁路通道建设,对30 t轴重重载铁路线路、轨道、路基、桥梁及隧道工程技术方案设计进行全面的分析、总结,为开行30 t轴重重载列车提供技术保障。     

30t轴重重载铁路预应力混凝土轨枕设计研究

结合我国重载铁路的运营特点,在前期研究成果的基础上,开展了30 t轴重重载铁路混凝土轨枕的设计、试验研究工作,并按照北美铁路工程和维修协会(AREMA)的相关规定进行对比分析。研究结果表明:新型重载轨枕能够满足30 t轴重线路的承载性能要求,同Ⅲ型枕相比,轨下截面正弯矩和中间截面负弯矩承载能力分别提高了18.5%和23.3%;新型重载轨枕能够满足国内标准及AREMA的相关试验要求,且具有较大安全余量,表明其达到北美重载线路用混凝土轨枕的承载水平。     

我国首条30t轴重重载铁路建成

<正>2014年11月6日8:16,满载1.2万t煤炭的J55001次试验列车安全驶入郑州铁路局管内的山西省长治市平顺站。以此为标志,由中国铁路总公司在山西中南部铁路通道组织进行的1.2万t重载列车运行试验取得圆满成功,我国第一条按照30t轴重重载铁路标准建设的铁路建成。此次1.2万t试验列车的编组为前后各2台国产和谐型机车,中间为100辆轴重30t的C96型新型货车,列车总长1489m。山西中南部铁路通道正线长1269.8km,横贯     

30t轴重重载铁路钢轨轨型和材质对比试验

在某重载铁路铺设不同轨型、不同廓形、不同材质计8种组合的钢轨,通过实测和仿真,从轮轨接触几何关系、轨道结构动力学、货车动力学性能和钢轨使用性能等方面进行对比试验,对钢轨的廓形、轨型、材质进行分析和比选,提出30t轴重重载铁路的用轨策略。结果表明:与标准型面LM车轮接触时,60钢轨的轮轨接触光带偏向于轨距角一侧,60N和75N钢轨的则移向踏面中心部位,且轮轨接触应力显著降低;与实测廓形60,60N和75N钢轨接触时,车轮的等效锥度分别为与标准廓形75N钢轨接触的1.35~1.5,0.77~0.86和0.94~1倍;在8 000和12 000t载重条件下,60N和75N钢轨对轨道结构动力学指标的影响基本相当,60钢轨最大;3种廓形钢轨对货车动力学指标的影响不显著。建议在30t轴重重载铁路上,选用轨型为75kg·m~(-1)、廓形为75N的钢轨,在直线线路上铺设980 MPa级及以上、曲线线路上铺设1 300 MPa级及以上强度等级的钢轨,在小半径曲线且伤损形式以滚动接触疲劳为主的线路上可推广使用贝氏体钢轨。     

大跨度铁路无砟轨道桥梁动力性能试验研究

为检验、评估铁路大跨度预应力混凝土连续刚构桥梁的动力性能,验证大跨度桥上纵连板式无砟轨道的设计方法,对遂渝线新北碚嘉陵江大桥主桥(94 m 168 m 84 m)进行全桥动力试验研究.该桥的自振特性以及200 km·h-1速度等级CRH2动车组和120 km·h-1速度等级货物列车以不同速度通过桥梁时桥跨结构动力响应的试验结果表明,新北碚嘉陵江大桥连续刚构桥动力性能良好,具有良好的竖向刚度、横向刚度和结构强度,能够满足CRH2动车组以160～200 km·h-1速度、120 km·h-1速度等级货物列车以70～120 km·h-1速度运行的安全性要求.     

30t轴重重载列车电控空气制动试验研究

长大重载列车的制动技术是重载运输发展的关键问题。文中在瓦日线30t轴重线路和机车车辆技术平台的基础上,对30t轴重重载列车自主化电控空气制动系统进行试验研究,通过长大下坡道的循环操纵及紧急制动等试验,对比分析电控空气系统与既有列车空气制动系统的性能。研究结果表明:自主化ECP制动系统可显著改善30t轴重重载列车纵向动力学性能,缩短列车制动距离,列车的制动能力进一步增强,在长大下坡道的运行安全性得到提高,同时列车的平均运行速度也相应提高。     

重载铁路隧道内无砟轨道动力响应

研究目的:采用少维修的无砟轨道结构是重载铁路长大隧道地段的必然选择,本文通过建立车辆-轨道耦合动力学模型,对不同车速、不同轴重、不同轨道结构、不同过渡形式下的系统动力响应进行对比,以确定出最佳轨道类型和过渡段类型,进而为无砟轨道在重载铁路隧道中的设计提供理论依据。研究结论:(1)车速增加对轨下结构的振动加速度影响较大;(2)随着轴重增加,除轮重减载率以外,其他各项指标均随轴重的增加而增大,且增幅较大;(3)长枕套靴式无砟轨道道床垂向应力较小,但脱轨系数大,道床垂向位移较大;双块式无砟轨道钢轨垂向位移小,但道床垂向应力、钢轨垂向力均较大;弹性支承块式无砟轨道脱轨系数和轮重减载率较小,道床垂向应力适中,利于重载铁路环境下铺设使用;(4)将有砟与无砟过渡段设置在路基上时,车辆运行的安全性指标控制得较好,并且因冲击而产生的钢轨加速度明显减小,且扣件的支反力也明显减小;(5)本研究成果对开展重载铁路无砟轨道结构设计具有参考价值。     

重载铁路25 t轴重列车轨道荷载谱的绘制

轨道荷载谱是轨道部件设计时的重要参考依据.本文依托大秦重载铁路轨道动力学荷载长期监测数据,统计了25 t轴重的 C80重车通过半径为500 m曲线、半径为800 m 曲线和直线段3个特征工点时列车轮轨荷载分布,绘制了不同线路特征条件下的轨道荷载谱,分析了轮轨冲击系数等动力学参数的分布密度.通过轨道荷载谱揭示了25 t轴重疲劳荷载作用下的轮轨冲击系数分布特点.     

重载铁路有砟-无砟轨道过渡段动力学特性

重载铁路不同形式的轨道连接处过渡段因刚度突变,易导致线路病害。建立重载铁路有砟-无砟轨道过渡段有限元模型,研究了过渡段位置、过渡段刚度分级以及支承层延伸长度对重载铁路有砟-无砟轨道过渡段动力学响应的影响。研究结果表明:为减小重载铁路过渡段荷载冲击效应对下部基础的影响,宜将有砟-无砟轨道过渡段设置在路基上;从减小过渡段轮轨冲击、延长轨道结构使用寿命以及减少过渡段病害产生的角度分析,过渡段应设置轨道结构分级过渡,同时设置支承层,支承层延伸至有砟轨道长度应在10 m左右,超过10 m后作用不明显。     

32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道的合理刚度

针对以往轨道刚度计算方法只能得出轨下垫板静刚度的取值范围或下限值,而不能确定轨道整体刚度的问题,运用大型轮轨动力学软件NUCARS建立32.5t轴重货车—轨道系统耦合动力学模型,采用动力敏感系数分析方法,通过分析轨道结构各种部件刚度组合情况下的车辆、轨道系统动力特性,研究32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道的合理刚度。结果表明:钢轨垂向位移、道床压力和垫板压力对垫板刚度较为敏感;轨枕垂向位移、轨枕垂向加速度、道床压力对道床刚度较为敏感;以轨道动力特性的综合效应最小为目标建立目标函数,筛选得出32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道结构的部件刚度最优匹配方案是轨下垫板刚度为140kN·mm-1,道床刚度为150kN·mm-1;最优部件刚度匹配方案所对应的轨道结构整体刚度为82kN·mm-1。     

30t及以上轴重货车动力性能仿真研究

随着我国铁路货运量的迅速增加,重载运输己成为我国铁路运输的主要发展方向.为了适应我国25t以上轴重重载货车运输的发展,首先建立了25 t轴重重载货车动力仿真模型,在此基础上对30 t和35 t轴重条件下车辆模型的关键参数等进行了动力学分析,优化了30 t和35 t轴重货车模型的参数取值.利用所确定货车模型参数,建立30 t和35 t轴重重载货车-轨道动力仿真模型,计算分析车辆-轨道各项动力响应,相应指标符合规范中优良等级要求.通过不同速度下的动力学响应分析,对30 t和35 t轴重重载铁路的运行速度进行初步探究,建议我国30 t和35 t轴重货车适宜的运行速度为100 km/h.     

30 t轴重下重载铁路隧道隧底结构疲劳损伤研究

鉴于重载铁路隧底结构疲劳损伤现象较普通客货共线铁路更加明显,根据现场调查对重载铁路隧底结构病害进行分类,并确定了影响其疲劳损伤的主要因素为重载列车长时间大轴重碾压。依托张唐铁路双线重载铁路隧道大型现场原位激振试验,得到了Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下道床结构表面的轴重列车附加动荷载分布规律,利用Ansys Workbench仿真软件对重载铁路隧底结构损伤分布及疲劳损伤进行模拟,并结合试验所得道床和仰拱结构的动应力验证其计算结果的准确性,结果表明:将实测所得动压力时程曲线作为Workbench动力初始条件进行疲劳损伤计算具有客观性,计算得出:随着围岩条件降低,隧底结构损伤范围及损伤程度逐渐增加;在相同围岩级别30 t轴重条件下隧底结构损伤出现的时间由上至下依次递增,且损伤程度逐渐降低。研究成果可为重载铁路隧道运营期长期服役性能研究及疲劳寿命预测提供借鉴和参考。     

重载铁路C96型30t轴重车辆段工艺适应性设计研究

通过对重载铁路运行的C96型30t轴重新型车辆与25 t轴重以下通用型敞车部件组成、尺寸、材质等方面的对比分析、研究,结合最新检修工艺流程、工装设备配置情况,论述日照南车辆段作为重载铁路车辆段,应以C96型30 t轴重车辆的检修为主,兼顾25 t轴重以下车型的检修。确定新建30 t轴重车辆段总平面布局及检修工艺方案,在工艺设计、工装设备配置上充分考虑30 t轴重车辆检修工艺的适应性,以满足各种车型的检修需求。     

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。