高速铁路有砟轨道道砟飞溅的研究与防治

通过总结高速铁路有砟轨道道砟飞溅现象产生原因和影响因素,阐述并剖析防治道砟飞溅的方法与措施,结合法国高速铁路防治道砟飞溅经验,提出防治道砟飞溅的措施:采用洁净道砟、增大道床表面道砟粒径、降低轨枕槽内道砟高度、清扫轨枕表面散砟等.通过以上措施可防止高速有砟铁路道砟飞溅现象的发生,同时指出今后可利用离散单元软件与流体软件耦合对道砟飞溅进行仿真研究.     

铁路有砟道床聚氨酯固化技术的发展及应用

道床弹性固化技术是解决有砟轨道稳定性差、养护维修工作量大,以及高速铁路飞砟等问题的主要技术途径。论文介绍了聚氨酯材料道砟粘结和固化道床技术的作用机理、发展历史、试验研究及应用现状,分析了两种道砟固化技术在我国高速和重载铁路上的应用范围、前景和发展方向。     

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。     

京哈线秦沈段道砟飞溅防治技术的应用研究

京哈线秦沈段是采用有砟轨道结构的高速铁路,列车高速通过时,道床上的道砟在强大的风力作用下飞溅,击打线路设备、列车走行部,严重时击打列车玻璃危及旅客的人身安全和行车安全。此文在分析道砟飞溅成因的基础上,通过研究与试验,研制出一种固定道床表面砟石的粘结胶,经现场试验证明,该粘结胶能够很好地解决道砟飞溅的问题,具有广泛地推广应用价值和前景。     

循环荷载频率对高速铁路有砟道床累积变形行为的影响

为研究高速铁路有砟道床因反复承受高频率的列车荷载作用而劣化及累积变形的规律,利用离散元分析软件PFC并考虑道砟颗粒的真实几何形态,建立高速铁路有砟道床三维离散元模型,模拟分析不同频率、不同幅值循环简谐荷载作用下道床的累积变形,并通过统计分析道砟颗粒的重排行为,从细观层面探讨荷载频率对道床累积变形行为的影响机理。开展高速铁路有砟道床的室内实尺模型累积变形试验,验证道床离散元模型的合理性和模拟结果的可靠性。结果表明:在相近的荷载工况下,模拟分析获得的道床累积变形结果与实尺模型试验结果较为吻合;循环简谐荷载的频率低于15 Hz时,道床的累积变形主要由道砟颗粒间的相对接触滑动引起,但累积变形及其增长速率均不大;当荷载频率提高至20 Hz以上时,道床的累积变形及其增长速率随荷载频率的提高而快速增大,且其主要原因是道砟颗粒发生了剧烈转动。     

基于液压冲击锤下道砟板结块破碎分析及研究

通过对板结道砟断裂的形态分析和力学分析,阐明板结道砟断裂时中间、径向裂纹及侧向裂纹长度与凿入荷栽的关系.基于以上理论分析,结合BC2型扒砟车的破碎装置,对冲击荷载作用下道砟板结块断裂情况进行实例分析,对破碎深度、轨枕之间设计间距进行了计算,并分析了钎杆刺板对板结道砟破碎效果的影响.此外,通过对破碎前后板结块强度对比,研究破碎对板结道砟在扒砟过程中产生的扒砟阻力降低程度的影响,目的是通过理论分析得出处理类似问题的理论研究方法.     

无砟轨道结构技术经济比选及实用性分析

针对传统有砟轨道在列车高速行进过程中道砟飞溅频繁、碎石道床磨损严重,不利于行车安全的状况,无砟轨道在高速铁路工程中得到广泛应用.本研究选取三种常用的无砟轨道结构型式,从技术特点、特殊施工条件下的适应性以及技术经济性等三个方面进行系统、全面的对比分析,得出CRTS Ⅰ型、CRTSⅡ型板式无砟轨道和双块式无砟轨道在不同条件...     

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。     

吹砟车维修机理离散元仿真与应用

研究目的:吹砟车维修在轨枕下方补充硬质小道砟,避免捣固道砟和破损,工程实践上能消除道砟记忆效应。但在微观力学层面缺少对吹砟维修作业方式和效果应用研究,为微观力学层面研究吹砟车工作原理与养护效果,采用颗粒流离散元方法建立道砟-轨枕三维箱体模型,其中采用与道砟颗粒大小一致不规则球体组合代替道砟,借以更加真实模拟道砟颗粒之间咬合力,在轨枕单调加载下研究吹砟养护前后道床力学特性。研究结论:吹砟维修作业前后微观力学分析表明,吹砟车维修能降低轨枕-道砟接触层作用力,对轨枕-道砟沉降影响不大,从数值原理上定量揭示吹砟车维修作业力学原理;与捣固维修作业相比,吹砟维修是一种效率高、成本低、开通速度快、环保维修方法。     

基于SIMPACK和ANSYS联合仿真的胶粘道砟过渡段动力学特性研究

为了研究胶粘道砟过渡段动力学特性,基于SIMPACK和ANSYS联合仿真,建立将无砟轨道、胶粘道砟、有砟轨道三种不同轨道结构连接起来的完整过渡区段,组成车辆-轨道下部基础空间耦合分析模型,对胶粘道砟过渡段的动力学特性进行系统研究,并探讨速度的影响。结果表明:胶粘道砟过渡段能够使轨道刚度平顺过渡,但列车从无砟轨道运行到胶粘道砟过渡段时加速度仍会剧烈变化,所以建议在靠近胶粘道砟过渡段的无砟轨道采用具有一定减振作用的扣件。     

柔性铺装防护体系在铁路钢桥有砟轨道桥面中的适用性

以冷拌树脂沥青混凝土铺装层为研究对象,通过试验研究其在铁路钢桥有砟轨道桥面中的适用性。研究内容包括铺装层耐道砟竖向刺穿疲劳性能和铺装层耐道砟水平向磨耗性能2方面。通过耐道砟竖向刺穿疲劳试验发现,以1. 5倍高速铁路列车轴重循环加载500万次,铺装层未出现明显的局部凸起、磨损、刺穿或破碎现象,状态良好;通过耐道砟水平向磨耗试验发现,在道砟往复摩擦作用下,铺装层与道砟之间的摩擦因数约为1. 06,冷拌树脂沥青混凝土铺装层具有较好的耐道砟水平向磨耗性能。冷拌树脂沥青混凝土铺装层对铁路钢桥有砟轨道桥面具有良好的适用性。     

聚氨酯在铁路道砟粘结技术中的应用综述

有砟轨道在薄弱地段的维修工作频繁、轨道几何形位保持难度大。利用聚氨酯材料将散体道砟粘结起来,可增强轨道结构并延长维修周期。通过对国外处理有砟轨道薄弱地段的聚氨酯道砟粘结技术进行分类总结,并与国内进行对比分析。结论为:(1)归纳总结了聚氨酯道砟粘结技术在国内外应用的断面粘结形式;(2)对比分析了聚氨酯道砟粘结技术在国内外新建铁路有砟-无砟过渡段的应用情况,给出了建议的过渡段粘结形式;(3)既有线宜采用道砟胶固化道床,并根据病害的位置和路基排水功能,选择影响维修的或不影响维修的断面粘结形式。     

中国与法国高速铁路有砟轨道设计标准对比分析

研究目的:高速铁路的轨道结构有无砟轨道和有砟轨道两种,两者各有优缺点。法国以在高速铁路上铺设有砟轨道为特色,有比较成熟的经验。在我国设计有砟轨道的过程中,充分了解彼此之间的相同点和不同点是十分重要的,本文的目的就是对中国和法国的有砟轨道设计标准进行对比分析。研究结论:通过分析可以看出,大部分产品标准两者之间基本等同或等效,包括钢轨标准、扣件标准、轨枕标准、道砟标准;少量中国标准相对法国标准有所提高,包括有砟轨道静态铺设精度、焊接接头精度;部分标准在内容和体系上两者有所差异,但均基于自身的长期经验的总结,包括道床标准、无缝线路标准、钢轨伸缩调节器设置标准、线路养护标准。     

道砟层对多年冻土区铁路路基水热影响监测与分析

为分析道砟层对路基水热状况的影响,在青藏铁路北麓河试验段南侧布置监测断面,分别对天然场地、无道砟覆盖路基、有道砟覆盖路基下部一定范围地温、水分、热通量进行监测。结果表明:道砟大空隙、灰白色碎石覆盖层能有效阻止外部热量进入路基;有道砟覆盖路基比无道砟覆盖路基融化期短20d,5cm深度处有道砟覆盖路基比无道砟覆盖路基年平均温度低2.3℃,道砟层起到良好保温隔热作用;道砟覆盖层对水分有润湿和蒸发作用,有效减少大气降水入渗,保持路基水分相对稳定;夏季短期、高频次降雨有降低地表温度的作用,短期内对道砟层下水分和热量有明显影响,但降水几乎全部蒸发,未能在路基内形成水分累积,有道砟覆盖路基下部50cm深度处温度和含水量基本不受降雨影响。     

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。     

机械枕底吹砟作业技术分析

简述线路维修养护作业中人工枕底垫砟和机械枕底吹砟作业,以及道砟粒径大小对垫砟效果的影响。与机械化捣固作业相比,采用机械枕底吹砟作业后的线路稳定性好并对道砟碎化影响小。分析机械化捣固作业与机械枕底吹砟作业线路维修周期及作业效率,建议结合我国线路实际开展大型吹砟车的技术研究。     

土工格栅加固铁路道砟的颗粒离散元模拟研究

研究目的:道砟是有砟轨道的关键构成,其变形累积将直接造成轨道的下沉破坏。随着列车运行速度的提高,道砟的变形对有砟轨道的行车安全性、舒适性和轨道养护维修工作量的影响也越来越大。因此,开展高速铁路道砟变形机理的研究具有重要意义。近年来,一些学者开始将土工格栅应用到铁路道砟的加固中,用以减小铁路道砟的沉降变形,但总体来说还不够成熟和完善。为进一步研究铁路道砟的变形机理及土工格栅加固铁路道砟的效果,本文以铁路道砟为研究对象,建立土工格栅加固铁路道砟的三维颗粒离散元模型,进行循环荷载作用下的数值试验,分别研究土工格栅不同安设位置、不同刚度以及不同网格尺寸对铁路道砟加固效果的影响。研究结论:(1)土工格栅加固铁路道砟效果明显,能够有效减小铁路道砟的沉降变形;(2)土工格栅安设位置不同,其加固效果也不同,当土工格栅距离模型箱底面100 mm时效果最好;(3)随着土工格栅刚度的增大,道砟的沉降变形逐渐减小,但当刚度增大到一定值后,对减小道砟沉降的作用有限;(4)土工格栅网格尺寸对铁路道砟加固效果有明显影响,但这种影响不是单调的,即存在一个合理的土工格栅网格尺寸使其加固铁路道砟的效果最好;(5)该研究成果对深入理解铁路道砟的沉降机理及土工格栅在铁路道砟加固中的应用均具有一定的参考意义。     

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。     

中美铁路道砟试验的比较研究

中美两国规范将道砟分为面砟和底砟,其中中国面砟需检测7项性能16个物理参数,底砟需检测4项性能6个参数;美国面砟需检测5项性能7个参数,底砟需检测5项性能8个参数。通过比较两国铁路道砟的试验规范,得出以下结论:(1)中国规范对于底砟给出了固定的颗粒级配范围,方便了施工选材;美国规范中底砟的颗粒级配与面砟及路基填料的颗粒级配有关,更合理地体现了底砟的过渡作用;(2)中国规范固定了试样的颗粒范围及数量,简化了试验操作但使得结果不能反映全部道砟的性能;美国规范中道砟的性能参数多通过试样的颗粒级配百分率计权求得,结果能全面反映道砟性能且适应于任何粒径的道砟;(3)中国规范缺少试验数据偏差的内容;美国规范对试验的重复性偏差及复现性偏差均有详细要求。     

捣固作业对道砟破碎伤损影响规律的试验研究

通过原位捣固试验研究了捣固次数对道砟破碎的影响规律,并对道砟颗粒的典型破碎形式进行了分析.结果表明:捣固作业会引起道砟颗粒发生明显的破碎伤损,进而导致道砟整体级配发生显著变化,应在有砟道床的养护维修中予以重点关注.捣固作业最容易引起56～63 mm粒径的道砟颗粒发生破碎.对于运营期道床,捣固作业导致的道砟颗粒破碎会使2...