弹射冲击荷载作用下不同等级铁路承载能力评估

为了从动力学角度评估重载、Ⅰ级和Ⅱ级等不同等级铁路在弹射冲击荷载下的承载能力和作为无依托发射场坪的适应性,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立3种等级铁路的弹塑性轨道—路基动力有限元模型。通过动力有限元计算,获得弹射冲击荷载作用下轨道和路基的动力响应特征,对比分析其响应幅值沿线路横向、纵向和垂向的分布规律。根据我国《铁路轨道强度检算法》和《铁路路基设计规范》对钢轨动应力、轨枕轨下承压力、道床顶面压应力、基床表层动位移和基床底层动应力等5个指标分别进行校核。研究结果表明,在同一弹射冲击荷载作用下,3种等级铁路同一结构层动力响应幅值沿线路分布规律基本一致,仅幅值不同,Ⅱ级铁路响应幅值最大,Ⅰ级铁路次之,重载铁路最小,道床和路基的动力响应幅值沿横向、纵向和垂向衰减速率亦然。弹射冲击荷载作用下,3种等级铁路钢轨拉应力和压应力、轨枕枕下承压力、道床顶面压应力、基床表层动位移和基床底层动应力最大值均不超过相关规范值,完全卸载后轨道和路基不会出现塑性损伤变形。从动力学角度考虑,重载、Ⅰ级和Ⅱ级等3种等级铁路均满足承载要求,可作为无依托发射场坪使用。     

高速铁路板式无砟轨道-路基结构动力特性研究

针对列车走行的实际情况,将板式无砟轨道-路基作为参振子结构纳入车辆计算模型,建立包含车辆、钢轨、板式轨道和路基为一体的二系垂向耦合动力分析模型,分析列车速度对车辆运行品质、系统动位移以及动应力的影响。结果表明:车体加速度、动轮载和轮重减载率均随车速的提高而增大,呈线性分布,当列车高速通过无砟轨道-路基结构时,列车运行的安全性和舒适度指标都能满足要求;系统动位移受速度影响较小;轨道板易发生疲劳破坏,需采用双层、双向配筋;路基面动应力随速度的提高而增大,但数值比有砟轨道的小;路基动应力沿路基深度方向衰减较慢,在基床表面下3 m处,动应力只有基面的25%左右;无砟轨道的基床加速度远小于有砟轨道的加速度值,表明无砟轨道结构可以有效地改善列车荷载对路基基床的振动作用。     

列车速度对车辆—轨道—路基系统动力特性的影响

根据列车运行的实际情况,将轨道一路基作为参振子结构纳入车辆计算模型,建立车辆、钢轨、轨枕、道床、路基和地基为一体的二系垂向耦合动力分析模型,分析列车速度变化对车辆运行品质、动位移以及路基动应力的影响.结果表明:车体加速度、动轮载和轮重减载率均随车速的提高而增大,呈线性分布;具有二系悬挂的高速列车通过有砟轨道路基结构时,列车的安全性及舒适度均能满足要求;系统动位移受速度影响较小;路基面动应力随速度的提高而增大,并在横向呈马鞍形分布,在纵向呈抛物线形分布;路基动应力沿路基深度方向衰减较快,在基床表面下3m处,动应力只有基面的16%左右.研究结果与已有部分研究结论吻合较好,表明模型具有较高的可靠性.     

CRTSⅢ型无砟轨道基础结构冲击试验与数值分析

利用CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基系统实尺模型开展落轴冲击试验,同时运用Ansys/LS-Dyna软件进行轨道-路基落轴冲击动力有限元模拟分析,在试验结果和数值结果对比验证的基础上,系统研究落轴荷载作用下轨道和路基结构动应力分布规律,比较落轴高度和加载位置对动应力分布的影响。研究结果表明:试验结果和数值结果具有较好的一致性,两者可以相互验证,互为补充。轨道结构各层动应力均在钢轨正下方达到最大值,动应力幅值沿线路横向分布总体上呈驼峰形分布;沿线路纵向大致呈正态分布,自密实层应力幅值在板端附近有明显地回弹。路基动应力幅值底座板宽度范围内,沿横向分布比较均匀,在底座板宽度范围外快速衰减;沿线路纵向大体上呈正态分布;路基动应力幅值沿深度的衰减速度随着深度的增加而减小,在基床内衰减较快,基本呈线性或者分段线性衰减,在路基本体内衰减非常缓慢。轨道和路基动应力幅值总体上随落轴高度增加而线性增加,但沿线路纵横向分布规律不变。相对于板中加载,板端加载时轨道和路基各层面动应力幅值均有所增大,越靠近加载点增幅越明显,但是2种加载条件下轨道和路基结构应力幅值分布规律基本一致。     

现代有轨电车嵌入式轨道路基联合优化分析

为建立更加经济合理的有轨电车嵌入式轨道路基共同受力模式,获得最佳参数组合,分别建立承轨槽有限元模型和弹性点支承轨道模型,通过数据拟合得到高分子填充材料与等效扣件刚度之间的关系,建立嵌入式轨道路基有限元模型,采用正交试验方法研究道床板厚度、高分子填充材料弹性模量、基床表层弹性模量、基床底层弹性模量、基床表层厚度、基床底层厚度这6种因素对嵌入式轨道路基一体化共同受力和变形分布规律的影响。研究结果表明:综合考虑嵌入式轨道路基设计的技术性指标和经济性指标、极差分析结果和路基基床动应力要求,确定最佳嵌入式轨道路基设计方案为道床板厚度0.18m,高分子材料弹性模量7 MPa,基床表层弹性模量140 MPa,基床底层弹性模量90 MPa,基床表层厚度0.3 m,基床底层厚度0.6 m。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道结构缝对路基应力分布特征影响

无砟轨道结构缝位置的路基面动应力存在集中效应，是产生底座/支承层-路基离缝，进而引发路基翻浆的重要因素。针对CRTSⅢ型板式无砟轨道结构特点及层间接触条件，建立设有混凝土结构缝的轨道-路基空间有限元模型，分析转向架双轴荷载作用于无砟轨道结构连续、轨道板缝、底座缝三种位置下路基面列车荷载分布特征，结合现场实测数据，提出考虑结构缝影响的路基面简化荷载模式。研究表明：路基面列车荷载纵向分布范围与混凝土层间接触条件相关，随摩擦系数增加呈非线性增大趋势，实测摩擦系数对应的纵向计算长度与测试值吻合；结构缝对路基面列车荷载沿纵向分布形态有显著影响，转向架双轴荷载作用于底座结构缝正上方为最不利位置，路基面应力分布模式由连续结构位置的梯形转化为应力较为集中的三角形；底座缝断面的基床应力大于结构连续位置，应力增幅由路基面的33%随深度逐渐衰减至基床底面的8%。     

高速铁路路基基床动力响应的试验研究

随着高速、重载铁路的发展,路基基床的动力响应已经成为高速铁路设计中主要考虑的问题。通过无砟轨道模型试验和有砟轨道循环加载试验,研究了动态参数在路基基床内的分布特征,并将试验结果进行归一化处理后,对两种轨道结构(有砟和无砟)基床的动态响应进行了对比分析。研究表明：沿路基横断面方向,两种轨道结构的动应力和动变形都呈马鞍形分布,无砟轨道的分布更均匀;沿基床深度方向,与无砟轨道相比较,有砟轨道动应力沿深度衰减较快,而动变形衰减较慢。采用 Odemark 理论和弹性理论计算两种轨道结构路基的动应力,其中有砟轨道的轨枕长度要取有效长度,无砟轨道基础板底面动应力简化为沿横向均匀分布,沿纵向三角形分布,所得计算值和实测值都很接近。     

重载铁路路基荷载条件及动力特性研究

研究目的:重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低而受到世界各国的广泛重视。重载铁路路基基床受列车载荷作用影响最为显著,其厚度设计通常按列车荷载产生的动应力与路基自重应力之比为0.2的原则确定。而分析轮轴力通过钢轨在轨枕上的荷载分担规律又是进行路基动应力计算的先决条件,因此分析列车荷载分担规律以及动应力在路基中的衰减规律是非常必要的。本文根据弹性理论建立轨道-路基有限元模型,进行不同荷载水平和基床结构形式下路基的荷载条件分析,求解路基面动应力分布和衰减规律,为基床厚度设计研究创建基础。研究结论:(1)轴重和基床结构形式不影响轨枕荷载分担规律,单轮轴作用时荷载由5根轨枕承担,双轮轴作用由8~9根轨枕承担,四轮轴作用由15根轨枕承担;(2)无论轮轴力作用于轨枕正上方还是两轨枕间的任何位置,其荷载分担比经Gauss函数拟合后的函数曲线形状、大小以及性质都保持不变,只随轮轴力的移动而移动;(3)单轮轴作用时,列车荷载产生的动应力与路基自重应力之比均在0.2左右,基床厚度满足设计原则,但双轮轴、四轮轴作用时,列车荷载产生的动应力与路基自重应力之比在0.3~0.5之间,基床厚度不满足设计原则;(4)该研究结论对重载铁路路基基床结构的设计具有指导意义。     

350km/h高速铁路路桥过渡段动力响应分析

利用有限元软件,建立了路桥过渡段三维动力学分析模型,施加350 km/h高速列车荷载,开展数值分析,得出以下结论:第一,路桥过渡段的最大沉降量和最大轨面弯折角均发生在靠桥台部分;第二,基床表层、基床底层、路基本体、地基的竖向动应力在横向分布基本上一致,均呈"马鞍型"分布,最大值发生在钢轨与轨道板接触处,中心线处最小;第三,轨道板处的动应力沿其横向分布极不均匀。这种不均匀将引起轨道结构不均匀变形,甚至造成轨道板开裂,影响铁路交通的正常运行。在铁路路基设计中,可考虑优化轨道结构形式,改善路基面动应力分布不均匀状况。     

车辆轴载作用下无砟轨道路基面动应力分布规律探讨

针对双块式无砟轨道路基的典型结构,在参考遂渝铁路无砟轨道综合试验段现场测试数据的基础上,结合有限元数值计算结果,运用Winkler弹簧地基上叠合梁模型的计算理论,对车辆单轴荷载作用下无砟轨道路基面动应力分布进行讨论,提出反映无砟轨道路基面支承刚度的基床结构地基系数计算概念,初步建立无砟轨道路基面动应力沿线路纵向分布长度的解析计算方法。研究表明:车辆单轴荷载作用下路基面动应力分布表现为横向均匀、纵向三角形的基本形式;对路基面动应力沿线路纵向分布长度影响的主要因素是无砟轨道混凝土结构的刚度,车辆轴重的影响不显著;无砟轨道混凝土结构长期刚度的衰变将对路基面承受的动力作用产生不利影响。     

茂县隧道挤压性变形段锚杆作用效果分析

针对茂县隧道穿越活动断裂带及其影响区所遇到的挤压性变形问题,通过对1号斜井及左洞前期施工变形统计分析,以及现场锚杆施工存在的问题,针对性地提出锚杆施工工艺的改进措施,并开展长期跟踪监测。研究结果表明:锚杆工艺改进前,1号斜井和左洞收敛均值分别为689.2 mm和624.8 mm,且1号斜井变形不收敛,左洞收敛时间达6个月;锚杆工艺改进后,左、右洞水平收敛均值分别为320.4 mm和141.2 mm,相比左洞工艺调整前分别下降77.4%和40.6%,且收敛时间缩短至约4个月;按"孔腔通畅+非收缩浆液+可简单验证和不可逆转灌注满浆"的思路综合性改进锚杆施工工艺可显著提升锚杆质量,发挥其在抑制隧道挤压性变形中应有的作用。     

复合轨枕有砟轨道温度 适应性试验研究

针对复合轨枕线膨胀系数较大的特点,在步入式高低温室内铺设复合轨枕有砟轨道实尺模型,对轨道施加温度荷载,研究其温度适应性。试验中测试了不同温度下的轨距、轨枕长度变化量、钢轨和轨枕的温度。研究结果表明:复合轨枕随温度变化热胀冷缩现象明显,进而引起轨距变化,环境温度变化10℃,复合轨枕有砟轨道轨距变化约0.78～0.81 mm。建议复合轨枕有砟轨道最好铺设在较恒温地区,如隧道内;若在高速铁路中铺设,复合轨枕年温差最大应不超过50℃,同时要注意控制铺枕温度。本文的研究可为复合轨枕的进一步推广提供技术指导。     

隧道围岩变形预测模型的优化与应用

为了克服回归分析法在隧道施工监测数据分析中预测模型的不足,利用多目标加权灰色局势决策法对回归模型的多个评价指标进行整合量化,得到综合效果测度和优选回归预测模型。基于已优选的回归模型与模糊自适应变权重组合预测法建立最优非线性组合预测模型,将组合模型与优选模型进行效果测度对比,并基于该算法编制"智能监测—模型优化—信息反馈"系统。结合麻栗垭隧道工程,对组合模型和单项模型进行分析,预测拱顶沉降值。研究结果表明:以残差与后验差为评判标准,实时构建的最优组合预测模型的平均相对误差绝对值为4%,方差为6.5,后验差比值为0.34,小误差概率为1,更能对隧道施工过程围岩变形进行有效的预测和反馈。     

多耦合约束条件下铁路站场总体布置图自动生成方法研究

针对铁路站场总体布置图绘制时多耦合约束的难点,基于分阶段处理耦合约束的思想,提出"断面扫描法"处理设备坐标的相对位置约束,而后将"自适应分段多比例法"用于解决比例协调约束,在最后的约束调整过程中,应用"相交可行域法",实现道岔及股道相关约束的自动处理。该研究可快速建立站场设备从原方案到总体布置图的坐标映射,实现满足所有约束条件的总体布置图的自动生成。研究成果已在若尔盖、开原西等多个站场设计中成功应用。     

弹性支承块式无砟轨道减振特性足尺模型对比试验

基于中铁五院弹性支承块式无砟轨道优化改进设计成果("改进型"LVT)以及蒙华铁路弹性支承块式无砟轨道("传统型"LVT)设计图纸,在实验室分别制作"改进型"和"传统型"LVT的1:1足尺试验模型,开展落轴冲击作用下,"改进型"和"传统型"LVT减振特性对比试验。研究结果表明:"改进型"和"传统型"LVT的钢轨加速度基本一致,而"改进型"LVT钢轨至支承块、底座板至地面的衰减率优于"传统型"LVT,"改进型"LVT减振效果可达4～5 dB;"改进型"LVT钢轨加速度第1和第2振动周期最大分别减少32.2%和30.0%,且第3周期加速度幅值不明显;"改进型"LVT整体弹性系数最大减小27.4%,而阻尼系数最大增大58.2%;"改进型"LVT支承块主要频率降低约6%,道床板、底座板以及地面主振频率降低约40%。试验结果可为"改进型"LVT的工程应用提供技术支撑。     

有砟轨道对典型单线铁路简支梁桥 地震响应的影响

针对8 m和25 m 2种墩高、普通支座和摩擦摆支座2种支座的4种不同的典型单线铁路简支梁桥,研究有砟轨道对其地震响应的影响程度。采用OpenSEES程序,分别建立考虑有砟轨道和不考虑有砟轨道的2种桥梁有限元模型。通过两者动力特性的对比分析,确定有砟轨道对桥梁周期和振型的影响趋势;通过两者在不同方向、不同烈度的地震动作用下主要构件(主梁、支座、桥墩)地震响应的对比分析,确定有砟轨道对桥梁地震响应的影响程度。研究结果表明:针对动力特性相同的相邻简支梁桥,有砟轨道对横桥向地震响应影响甚微,对纵桥向的相应影响与墩高、支座和地震动强度等因素有关,但影响程度总体上不大于10%,仅部分支座地震反应明显减小。因此,在进行典型单线铁路简支梁桥地震响应分析时,可以不考虑有砟轨道刚度的影响,简化计算过程,并得到偏于保守的抗震设计结果。     

有轨电车用6号嵌入式道岔无缝化分析

为探明有轨电车嵌入式道岔无缝化的可行性,通过建立有轨电车用嵌入式道岔有限元模型,对钢轨强度、高分子材料特性、钢轨伸缩位移、轨道稳定性以及断缝值进行计算分析。研究结果表明:在温度荷载作用下,基本轨承受一定的附加力作用,钢轨最大温度力出现在直基本轨上;钢轨强度、稳定性及断缝均满足要求;嵌入式道岔最大伸缩位移出现在尖轨尖端,在升温55℃时,其尖轨尖端伸缩位移值为3.16 mm,高分子材料无损坏,可保证对钢轨的锁固作用;有轨电车用嵌入式道岔无缝化可行。     

平腕臂绝缘子表面的沙尘沉积特性仿真分析

兰新高铁接触网平腕臂绝缘子在大风沙尘环境中面临"沙闪"问题,研究不同因素下平腕臂绝缘子表面的沙尘沉积特性,可为此环境下绝缘子选型及设计提供理论依据。以FQBJ-25型棒式瓷芯复合绝缘子为研究对象,建立风洞积污仿真模型,采用多场耦合的数值计算方法分析风速、颗粒物粒径及质量浓度3种因素对绝缘子表面积污量的影响。仿真结果表明:随着风速的增大,绝缘子和各个伞裙表面的积污量均增加;当颗粒粒径大于13μm时,各个伞裙表面沉积的颗粒个数随粒径的增大而减少,但绝缘子表面的积污量随粒径的增大而增大;颗粒物质量浓度对绝缘子表面积污量的影响呈线性关系。各个伞裙表面积污量的变化与伞裙结构、风速、粒径及质量浓度有关,当曵力大于重力(大风速小粒径)时,伞裙结构的变化与各个伞裙表面积污量的变化具有一致性,反之,伞裙结构对积污量的变化影响很小。当曵力与重力作用相当时,颗粒物质量浓度越高,伞裙结构对各个伞裙表面积污量的影响越明显。     

岩石相似材料骨料密实级配的定量评判研究

为得到岩石相似材料骨料密实级配的定量评价指标,基于二维颗粒填充理论、颗粒级配曲线及混凝土密实级配研究成果,提出判断相似材料骨料密实级配情况的量化指标,并通过配制4种不同骨料级配的灰岩相似材料,开展不同砂胶比条件下的物理力学试验佐证该量化指标。研究结果表明:建立以细骨比大于界限细骨比、不均匀系数Cu>5与曲率系数Cc=1～3判断骨料达到密实级配的方法是切实可行的;针对灰岩相似材料,骨料级配对相似材料力学性质和变形性质的影响规律不会因胶凝材料的含量变化而改变。     

日本促进铁路海外发展的相关政策与措施

在介绍日本铁路海外项目开展情况的基础上,从市场经济体制、经济发展思路、对外援助策略3个方面总结日本政府助力铁路企业海外发展的背景,梳理近年来日本出台的铁路海外发展促进政策,并从加强相关组织支援、优化海外项目开展模式、官民合作提升影响力、发展海外"软性"基础设施4个方面,提炼日本政府促进铁路企业海外发展的具体措施,为我国铁路推进"一带一路"建设提供借鉴。