重载铁路无砟轨道单侧梁端转角限值研究

研究目的:桥梁梁端转角将使无砟轨道扣件系统产生附加的上拔力或下压力,从而导致扣件系统失效,因此必须限制桥梁的梁端转角。为研究重载铁路桥梁单侧梁端转角限值,本文建立重载铁路梁端扣件系统受力分析有限元模型,研究梁端转角、梁缝处扣件间距、胶垫刚度、梁端悬出长度对梁端扣件受力的影响,并从限制扣件上拔力不超过弹条扣压力的角度提出不同胶垫刚度、不同悬出长度下的单侧梁端转角限值。研究结论:(1)梁缝处扣件间距对扣件系统受力影响较小,而胶垫刚度和梁端悬出长度对扣件系统受力影响较大;(2)扣件系统胶垫刚度越大、悬出长度越大,梁端转角限值越小;(3)桥梁梁端顺时针转角限值小于逆时针转角限值;(4)具体的梁端转角限值应根据扣件的设计参数确定,并进行检算;(5)本研究结论可为重载铁路无砟轨道结构及桥梁的设计提供参考。     

梁端无砟轨道扣件力学行为室内试验研究和数值仿真分析

制定梁端变形限值应考虑梁端无砟轨道静力强度和梁缝过渡段列车运行安全性、平稳性。运用室内模型试验和数值仿真分析,研究梁端转角、错台等变形对梁端扣件、轨道板稳定性的影响规律。数值仿真分析中扣件弹簧单元参数选取实测扣件刚度曲线。室内试验和仿真计算结果表明:仿真计算结果与室内试验实测结果基本吻合,有限元仿真计算可推广应用至实际应用中;梁端转角、错台变形引起的扣件附加力分布在梁缝两侧4个扣件内;梁端变形幅值和梁端伸出长度是影响梁端轨道结构强度的主要因素;随着转角、错台的增加,扣件附加力逐渐增加,且基本呈线性增长趋势;在转角工况下,梁端伸出长度越大,引起的扣件附加力越大;在错台工况下,梁端伸出长度对扣件附加力影响甚微;CRTSⅠ型板式无砟轨道在错台1.0mm情况下,产生最大上拔力和下压力,因此对于梁端CRTSⅠ型无砟轨道结构静力强度,错台1.0mm可作为设计限值条件。     

无砟轨道桥梁梁端变形对扣件影响的模型试验研究和数值分析

以室内模型试验为主要研究手段,研究梁端转角、错台等变形对梁端扣件、轨道板稳定性的影响,寻求变形量值与扣件附加力幅值的主要影响因素及规律。同时,采用通用有限元程序ANSYS建立模型试验有限元模型,以实测扣件刚度曲线作为扣件弹簧单元输入参数,计算室内模型试验各种试验工况。结果表明:仿真计算结果与室内试验实测结果基本吻合,有限元仿真计算可推广应用至实际应用中;梁端转角、错台变形引起的扣件附加力分布在梁缝两侧4个扣件内;梁端变形幅值和梁端伸出长度是影响梁端轨道结构强度的主要因素。     

梁端位移对明桥面桥扣件受力的影响分析

在城市铁路大跨度明桥面桥上采用新型树脂轨道结构,可以避免木枕明桥面桥曲线超高和竖曲线调整比较难的缺点。结合城市铁路大跨度桥梁的结构特点,建立了新型树脂轨枕轨道结构梁体位移对梁端扣件受力计算模型,分析计算了梁端转角以及错台对扣件的影响。计算结果表明,梁端位移对扣件受力影响范围较短,一般不超过6~8组扣件;当梁端产生转角时,梁端两侧第一组扣件受到的压力或拉力最大,随着梁端转角的增大,最大拉力、压力均随之增大。当梁端转角为3‰rad时,扣件所承受的最大拉力达18.78 kN。建议城市铁路大跨度桥梁梁端转角应小于2.5‰rad,最大不超过3.0‰rad,梁端负转角不应超过1.5‰rad,梁端错台控制在1.5 mm以内。     

坡度对连续梁桥梁端扣件上拔力的影响研究

研究目的:大跨桥梁上铺设无砟轨道时,桥梁坡度、桥梁跨度及梁体温度变化会对梁端扣件受力产生影响,本文通过建立坡度桥梁扣件受力分析计算的有限元模型,研究连续桥梁位于坡道上时梁体坡度、梁体温度变化、桥梁温度跨度以及相邻简支梁桥固定支座布设位置对梁端扣件受力的影响。基于线路运行条件下可能发生的不利荷载组合,从扣件受力角度出发,确定不同墩高、不同温度跨度连续梁桥适应的坡度限值,为山区大跨桥梁上的无砟轨道设计提供理论指导。研究结论:(1)考虑坡度上桥梁变形对扣件受力影响时应考虑桥梁坡度对扣件受力方向的影响;(2)坡度桥梁梁缝处扣件受到附加力最大值随着桥梁坡度、温度变化幅度、连续梁温度跨度的增加而呈线性增大,而相邻简支梁固定支座位于下坡段时对扣件受力较为有利;(3)考虑线路运营中出现的最不利荷载组合,从梁端扣件受力不超限出发得到不同桥墩高度、不同温度跨度连续梁桥适应的坡度限值,在梁缝处铺设过渡板时可以大幅度提高连续梁桥适应的坡度限值;(4)该研究成果可用于指导山区铁路桥梁和无砟轨道设计。     

基于扣件受力的无砟轨道32m简支梁坡度限值

研究目的:基于有限元方法与梁轨相互作用原理,建立能够分析坡道上无砟轨道桥梁变形对扣件受力影响的平面模型,分析桥梁坡度、墩顶纵向水平位移等因素对扣件受力的影响,提出在考虑桥梁收缩徐变、基础沉降、桥墩纵向温差及列车荷载等条件下32 m简支梁适应的坡度,从而为桥梁坡度选择提供理论指导。研究结论:(1)桥梁坡度以及墩顶纵向水平位移的改变均会引起扣件受力,并且扣件所受上拔力最大值随着桥梁坡度、墩顶纵向水平位移的增加近似呈线性增大;(2)对于梁端悬出0.55 m的32 m简支梁而言,当桥墩高度为20 m时,由扣件上拔力不超限确定的最大坡度值为29‰,当桥墩高度为40 m时最大坡度值为20‰;(3)当桥墩纵向水平刚度增加、梁缝附近铺设过渡板或采用特殊扣件时,可以适当增加桥梁的坡度限值;(4)基于扣件受力确定的桥梁坡度限值可为今后线路选线设计及桥梁坡度设置提供借鉴和参考。     

城市轨道交通大跨度斜拉桥无砟轨道及无缝线路设计方案研究

跨东平水道特大桥主桥为斜拉钢混组合结构,且城轨、公路与人行道同层布设,为大坡道人字坡布局,是目前国内外罕见的公铁两用特殊桥梁。在该类型桥上铺设无砟轨道存在较大的困难：桥上无缝线路附加力计算及设计较为复杂;无砟轨道结构不仅需要考虑自身的受力情况,还需考虑桥梁的振动影响;桥梁大梁缝处的梁端轨道结构需做适应性研究。为指导跨东平水道桥主桥无砟轨道结构设计,基于有限元软件分别建立桥上无缝线路梁轨相互作用模型、桥上无砟轨道结构模及梁端轨道结构适应性分析模型,并对是否设置伸缩钢轨调节器,铺设CA砂浆层或聚氨酯垫层、是否设置梁端伸缩装置进行了对比分析。结果表明,小阻力扣件布设间距应较短(即设置10 m小阻力扣件),对抑制大坡道上轨条纵向窜动和防止断轨时断缝值变大起到较好效果;在列车荷载及正、负温度梯度荷载作用下,根据现有设计方案,道床板及凸台强度满足承载要求;相较于CA砂浆层,聚氨酯垫层更能有效地阻隔振动的传播,达到了预期设计效果;使用伸缩装置结构能够优化约8 mm的梁端错台并优化轨道系统。     

CRTSⅠ型板式无砟轨道梁端凸形挡台纵向力分析

针对近几年大跨桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道梁端半圆凸形挡台的剪切破坏现象,参考国内某连续刚构桥实际参数,根据桥梁梁端半圆形凸形挡台的配筋计算出凸形挡台的设计承载力,基于有限元方法,建立线-板-桥-墩一体化计算模型,计算分析在不同扣件阻力,桥梁温度跨度和桥墩线刚度等因素下的梁端半圆形凸形挡台受力。结果表明:扣件纵向阻力是梁端凸台剪切破坏的主要影响因素,随着扣件纵向阻力的增大,梁端半圆形凸形挡台所受纵向力也随之增大,当扣件纵向阻力达到17.0k N/m/轨时,凸形挡台所受纵向力将会超过凸形挡台的抗剪承载力,即发生破坏;桥梁温度跨度、桥墩线刚度、有无起制动力对梁端半圆形凸台所受纵向力影响很小。     

沪宁城际轨道交通娄蕴特大桥112m提篮拱桥梁端扣件受力分析

沪宁城际轨道交通设计采用CRTSI型板式无砟轨道结构,配套WJ-7B型扣件,扣件是轨道结构的重要组成部分,其结构的强度、耐久性和弹性直接关系到高速列车运行的安全及舒适性,桥梁因挠曲、徐变等因素引起的梁端变形使梁缝两侧一定范围内扣件产生上拔力和下压力,当扣件上拔力和下压力超过一定限值时,将影响扣件系统的正常使用。对沪宁城际轨道交通娄蕴特大桥112 m提篮拱梁端扣件受力按3种布置方式进行计算分析,计算结果表明:梁缝处梁端第1组扣件采用W 1型弹条,其余扣件采用X2型弹条方案对桥墩的附加作用力最小,推荐采用该方案;梁端转角及竖向位移产生较大的扣件上拔力,设计应充分考虑其影响;相同梁端转角及竖向位移变形作用下,全桥采用W 1型弹条比采用X2型弹条扣件引起的扣件上拔力大。     

大跨度公轨两用斜拉桥梁端轨道结构适应性研究

为研究大跨度桥梁端无砟轨道结构的适应性问题,以一座大跨度公轨两用斜拉桥为例,针对其大转角、大梁缝及长悬臂的特点,提出梁端采用过渡板与梯形轨枕两种特殊轨道结构措施,探讨不同措施对扣件受力的影响。结果表明,过渡板支座若按常规方法置于桥梁支座上方,则难以在梁端大转角情况下将扣件上拔力控制在安全范围内,合理调整过渡板支座往桥梁支座内侧延伸长度,可增强其对梁端大转角的适应性;梯形轨枕纵梁两端是否设减振垫以及至桥梁梁端距离大小对扣件受力有较大影响,参考研究结果选择适当布置方式,可使梯形轨枕对大转角、大梁缝及长悬臂桥梁具有良好适应性。     

轨下垫板刚度的时变特性及其影响研究

以WJ7-A型轨下垫板为对象,测试轨下胶垫刚度随服役时间的变化,分析垫板刚度的时变特性;然后以此为基础,建立车辆-轨道垂向耦合动力学模型,研究轨下胶垫时变特性对轮轨随机振动响应的影响规律。研究结果表明:随着服役时间的增长,轨下橡胶垫板的刚度将增大,2年后垫板刚度的增幅为13.91%;随着运营时间的增长,车体振动加速度变化微弱;轮轨力及扣件力的第二主频幅值增大并向高频移动,且扣件力变化更显著,线路运营2年时间后,扣件力第二主频向高频移动7.4 Hz,幅值增幅达到53.80%。建议定期抽样测试轨下胶垫刚度并及时更换性能老化垫板,降低轮轨垂向力和扣件力。     

遇水条件下无砟轨道扣件胶垫刚度的时变特性及其影响研究

连续强降雨条件下,轨下胶垫会出现长期泡在水中的情况。为研究该条件下无砟轨道轨下胶垫刚度的时变特性及其对轮轨系统的影响,以WJ-7A,WJ-7B型橡胶垫板为对象,通过设计室内原型试验,跟踪测试分析胶垫泡水后其刚度随服役时间的变化情况,并基于试验结果和轮轨动力学理论,分析胶垫刚度变化对轮轨动力响应的影响。研究结论:(1)WJ-7A型胶垫的遇水稳定性较差,泡水25 d后胶垫静刚度降低了22.21%,其中前5 d静刚度降低了18.83%;WJ-7B型胶垫的遇水稳定性较好,泡水25 d前后刚度变化率不超过3.91%;(2)泡水结束后,WJ-7A型胶垫的刚度恢复了88.9%,而WJ-7B型则继续表现出很好的稳定性,刚度值变化不大;(3)试验前后扣件刚度的变化引起的车体加速度、钢轨加速度、轮轨力及扣件力等响应的变化不大,但对钢轨位移影响较大,泡水后钢轨位移增幅达到13.71%。     

朔黄铁路扣件强化措施及应用效果

对朔黄铁路弹条Ⅱ型扣件使用现状进行现场调研,发现弹条Ⅱ型扣件主要存在轨下垫板压溃或窜动,轨枕承轨槽磨损、弹条松弛、轨距挡板磨耗较大、挡板座压溃或断裂等问题.在保持既有Ⅲ型轨枕不更换的前提下对弹条Ⅱ型扣件主要部件进行强化设计,研制出SH-J型扣件.经过现场试铺、轨道结构动力性能测试和长期跟踪观测,SH-J型扣件各项测试数...     

简支梁桥上无缝道岔温度力与位移影响因素分析

将道岔、梁和墩台视为一个系统,建立简支梁桥上无缝道岔的有限元模型。根据变分原理和“对号入座”法则建立有限元方程组。以铺设一组43号道岔的18跨32 m混凝土简支梁桥为例,研究影响简支梁桥上无缝道岔受力与位移的因素,如支座布置形式、轨温变化幅度、梁温差、扣件阻力、道床阻力、限位器间隙、岔枕刚度、限位器位置、梁跨长度和桥墩刚度等。计算结果表明,简支梁桥上无缝道岔在温度荷载作用下,钢轨温度力在限位器处和限位器前梁端处同时出现两个峰值;与桥上无缝线路相比,桥上无缝道岔桥墩处的最大受力显著增大;当梁与导轨同向伸缩时,岔区内钢轨位移较大;限位器应布置在梁跨中部;限位器间隙对桥上无缝道岔的受力与位移有双重影响;岔区内钢轨的受力与位移随桥墩刚度增大而减小;岔区内采用较大的扣件阻力和道床阻力,岔区外采用较小的扣件阻力和道床阻力,可以降低钢轨附加温度力。     

高速铁路长大桥梁CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道无缝线路影响因素分析

研究目的:当大跨度连续梁桥上铺设了CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构之后,其梁轨相互作用机理更加复杂,原有的计算方法、计算模型及设计参数可能不再适用。针对既有研究的不足,本文基于有限元方法建立纵横垂向空间耦合模型,对道床板和底座板年温差、扣件纵向阻力、橡胶垫板弹性模量和隔离层摩擦系数等设计因素的影响规律进行计算与分析,为高速铁路长大桥梁CRTSⅠ型双块式无砟轨道无缝线路的设计参数的选择提供参考。研究结论:在进行设计与检算时,应根据不同地区的实际情况分别选取当地不同的年温差作为道床板和底座板的温差取值;通过在桥上采用小阻力扣件,可以明显降低钢轨最大纵向附加力及轨道结构的受力,但当扣件纵向阻力较小时,在长大桥梁的梁端处,扣件的爬行量较大,需要重点加以关注;在限位凹槽周围侧面应设置高弹橡胶垫板;道床板和底座板之间应尽量采用较小摩擦系数的隔离层。     

符夹铁路青龙山特大桥空间刚架设计

小角度交叉桥梁结构中,空间框架结构具有结构高度低、整体刚度大、施工难度小、侧墙可打造多种景观需求等优点。符夹铁路青龙山特大桥地处中软土地基,小角度斜向上跨青符铁路联络线和两个下穿涵洞,对桥下通行净空和基础位置设置有较高要求。为了合理设计大桥,根据桥梁基本情况进行桥型方案比选,并对基础间断布置的空间刚架方案进行设计计算论证。结果表明,所选结构形式合理且为传统刚架结构提供新的扩展形式。     

减振垫刚度变化对U型梁桥系统振动及结构噪声的影响研究

为了研究隔离式减振垫垂向刚度对U型梁桥结构振动及噪声的影响,采用多体动力学和有限元联合仿真的方法建立基于Timoshenko梁模型的车辆-轨道-桥梁刚柔耦合动力学模型,并将理论计算结果与以往文献对比,验证了模型的有效性.基于该模型计算了减振垫垂向刚度不同情况下的桥梁系统振动及噪声响应.结果表明:随着隔离式减振垫垂向刚度...     

基于车辆-轨道单元的无砟轨道动力特性有限元分析

根据CRTSⅡ型无砟轨道系统结构特点,建立列车-轨道-路基耦合系统动力分析模型,提出一种包含钢轨、扣件、轨下垫板、预制轨道板、CA砂浆层、混凝土支承层及路基的无砟轨道单元,并推导该单元刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。运用Lagrange方程建立高速列车通过时无砟轨道动力特性分析的有限元数值方程。结合实例,研究无砟轨道轨下垫板、CA砂浆层、路基等结构参数对轨道振动的影响,并对有砟轨道与无砟轨道连接段动力特性进行分析,分析时考虑列车速度、轨道基础刚度等影响因素。计算结果表明:无砟轨道结构参数合理取值与刚度合理匹配可显著提高轨道整体工作性能;连接段轨道基础刚度变化对钢轨垂向加速度和轮轨作用力均有影响,其影响随列车速度提高而增大;连接段采取轨道刚度渐变过渡措施,可明显降低车辆-轨道结构冲击振动,有效改善行车品质。     

200km/h无砟轨道道岔扣件系统设计

以增加岔枕螺栓强度安全以及板下弹性垫层在有限空间内实现低刚度的两大技术关键为研究目的,通过吸收遂渝线结构形式和客运专线盖板形式结构优点,研究时速200 km无砟轨道道岔扣件系统设计原则、可供选择的方案以及采用的扣件各零件,使200 km/h无砟轨道道岔扣件系统充分利用Ⅱ型弹条的调距功能,轨下橡胶垫板和板下弹性垫板的缓冲功能,调高垫板对道床不均匀沉降的调整功能,结合高寿命的尼龙套管外预埋不锈钢外套结构和整体设计的复合定位套,将岔枕螺栓的薄弱部位远离受力点保证其强度安全。扣件系统既满足线路运营需要,也适当考虑制造成本。     

基于边界约束刚度参数优化的轨道扣件弹条防断裂设计方法

为了研究弹条服役状态下模态频率与波磨激励频率一致引发的共振断裂问题,建立潘得路FC快速弹条有限元简化模型,通过以弹簧为边界条件模拟弹条不同部位的约束,分析其模态频率随约束刚度的变化规律,提出基于弹条约束刚度参数优化的防断裂设计方法。结果表明:弹条扣压端垂向约束刚度(150～450 N/mm)对弹条第一、三阶模态频率(400、900 Hz)有显著的正相关作用,并对第三阶共振峰幅值有明显影响;弹条后跟下部径向约束刚度(400～1 600 N/mm)的变化,引起弹条第二阶模态频率(660 Hz)的变化,两者呈现正相关关系,同时对弹条第二阶共振峰幅值也有显著影响。弹条第二、第三阶模态频率为危险频率,防断裂设计时应重点考虑。