无砟轨道荷载分配特征与影响因素研究

随着车速的提高,无砟轨道结构和线下基础应力水平有所提高,无砟轨道荷载分配系数是进行轨道结构和线下基础设计的重要参数.本文以四种无砟轨道为研究对象,采用理论分析和有限元相结合的方法计算无砟轨道荷载分配系数,并分析影响因素.结果表明:轮轨力由5个扣件分担,且无砟轨道类型、线下基础类型和轮轨力大小对扣件荷载分配系数基本无影响...     

无砟轨道扣件刚度突变对高速列车动力的影响

研究目的:无砟轨道结构的弹性主要来源于扣件系统,在高速铁路无砟轨道施工或维修过程中,扣件系统可能出现安装不当或新旧轨下垫板不合理过渡的情况,从而在相邻的扣件间形成较大的刚度差或称刚度突变,静态条件下难以发现,但可能对高速行车的平稳性和安全性产生不利的影响。本文应用轮轨系统动力学理论和ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立了车辆-无砟轨道-路基系统垂向耦合振动模型,根据扣件刚度实际检测的范围,考虑不同的扣件刚度突变工况,计算分析扣件刚度突变对高速车辆及轨道动力特性的影响。研究结论:经过计算分析表明:(1)当扣件刚度局部发生突变时,车体加速度最大值和最小值基本不变,即扣件刚度突变对行车平稳性的影响不大;(2)扣件刚度突变对轮重减载率即行车安全性的影响明显,尤其是列车速度超过300 km/h时,扣件刚度突变直接导致轮重减载率超标;(3)该研究成果可为高速铁路无砟轨道扣件刚度在施工或维修中加强检测、建立严格的控制标准提供理论依据。     

有砟轨道与无砟轨道动刚度特性差异研究

轨道动刚度是不同激振频率的荷载作用下,轨道抵抗变形的能力,由于有砟轨道与无砟轨道两种轨道的组成差异造成两者间存在较大动刚度差异。随着行车速度的提高、中高频段激振荷载的增加,有砟轨道与无砟轨道间的动刚度差异逐渐增大,这对于行车平顺性与结构耐久性会造成较大影响,但目前缺乏轨道动刚度的相关研究。为研究有砟轨道与无砟轨道间的动刚度差异,根据两种轨道的结构特点,建立相应的ANSYS有限元模型,通过对比分析,得出两种轨道的轨道动刚度在中低频段存在较大差异,轨下动刚度在全频段存在较大差异。为保证有砟-无砟轨道过渡段的行车平稳性与结构耐久性,需要考虑两种轨道间的动刚度过渡设计。此外,轨道动刚度特性分析可以指导高速铁路高低不平顺控制,从而保证行车平顺性。     

无砟轨道无缝线路钢轨碎弯影响因素分析

在轨条纵向力、钢轨初始弯曲和线路横向抗力作用下,无砟轨道无缝线路钢轨可能以碎弯形式产生一定的横向变形,危害行车安全.本文通过建立CRTSⅠ型双块式无砟轨道无缝线路有限元模型,考虑等效升温幅值引起的钢轨纵向力,分析了钢轨碎弯影响因素及作用规律.结果表明:不同初始弯曲线形均存在最不利波长,复曲线形初始弯曲容易使钢轨产生更大...     

高速铁路无砟轨道路基面支承刚度研究

研究目的:为描述高速铁路结构设计中路基和地基的整体结构性能,提出并解释了路基面支承刚度概念,并对其工程意义及设计检测方法进行探讨.研究结论:路基面支承刚度是无砟轨道结构分析的重要参数,也是实现无砟轨道线下基础纵向刚度匹配的关键指标,可用于描述基床表层顶面对轨道结构地面的结构支承性能,同时也可作为轨道结构对路基结构性能的要求.通过对路基层状体系竖向刚度组合优化设计,可以实现路基面支承刚度的控制;通过不同断面的路基竖向刚度组合设计,可以实现线路纵向刚度调整,实现路基与其它构筑物刚度匹配.路基面支承刚度可通过承载板试验进行测试,承载板面积宜为1.0×1.0 m2～1.5×1.5 m2.     

减振型板式无砟轨道轨道板受力分析研究

介绍减振板式无砟轨道的结构组成和计算参数,建立了梁体有限元计算模型,计算分析了列车荷载作用下减振板式无砟轨道的受力,考虑轨道板受温度梯度荷载、桥梁挠曲变形,在制造、运输和施工时对减振轨道板的受力影响,对轨道板在这些因素下的受力进行了分析,为结构设计提供计算依据.     

时速350km客运专线无砟道岔的合理轨道刚度研究

分析高速无砟道岔轨道刚度的组成特点,从舒适性、应力、变形、振动和部件刚度匹配5个方面提出了高速道岔刚度合理取值的评判,运用车辆-道岔空间耦合动力学理论建立了高速道岔轨道合理取值的确定方法。运用该方法分析了时速350 km客运专线无砟道岔轨道刚度的合理取值,结果表明:22.5～27.5 kN/mm的扣件系统刚度,270～330 kN/mm的轨下胶垫刚度,24～30 kN/mm的板下胶垫刚度最为合理。     

高速铁路无砟轨道扣件设计要点

研究目的:扣件是轨道结构的重要组成部件,为保证行车绝对安全和旅客乘坐的舒适性,要求钢轨扣件具有足够的扣压力,良好的绝缘性能、较低的刚度;要求少维修、各节点刚度一致等,因此,扣件技术是无砟轨道结构关键技术,做好钢轨扣件设计,是高速铁路轨道设计的重点。研究结论:扣件不仅要有足够的强度和扣压力,还应具有良好的弹性和一定的调整能力等。扣件类型不同,使用范围也不同,设计中应根据扣件的性能参数、设计原则和上述选型设计要求,合理选用不同类型的扣件,才能充分发挥扣件的性能,达到经济合理、安全运营的目的。     

CRTS-I型板式无砟轨道疲劳寿命研究

为研究无砟轨道在列车荷载和环境温度共同作用下的疲劳特性,以CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道为研究对象,建立弹性地基梁-体模型,计算出列车荷载和温度梯度作用下轨道结构的垂向最大应力,并结合普通混凝土结构S-N曲线的疲劳寿命分析方程和CA砂浆在不同温度时的疲劳方程,预测了CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道各结构层在规定服役年限内的疲劳寿命。计算表明,对于有限的作用次数,CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道各结构层受到的最大应力均未超过相应的混凝土强度值。根据各结构层最大应力预测出的相应疲劳寿命表明,CA砂浆在25~30年后将出现疲劳损伤,而在规定年限60年内,CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道其他结构层不会出现疲劳损伤,能达到客运专线服役期内的要求。     

双块式无砟轨道合理刚度取值研究

为确定双块式无砟轨道的合理刚度,提出将准静态与动力响应分析手段相结合,根据应力、变形及振动水平控制指标,综合比选合理范围内的多种轨道刚度方案来确定双块式无砟轨道合理刚度的方法.分别运用有限单元法和车辆-轨道耦合动力理论建立双块式无砟轨道准静态计算模型进行应力与变形分析,开展无砟轨道扣件刚度对轮轨系统动力响应的影响分析.结果表明:对于250 km/h和350 km/h客运专线双块式无砟轨道,扣件刚度宜分别在35～45 kN/mm和20～25 kN/mm范围内取值.     

250km/h客运专线无砟道岔的合理轨道刚度

研究目的:我国正在进行大规模的客运专线建设,其中时速250 km的客运专线占有相当大的比重.无砟道岔作为客运专线的重大基础设备,其轨道刚度影响动车组过岔时的安全性和平稳性,需进行合理设置.根据线路运营条件,运用理论分析,开展客运专线无砟道岔轨道刚度取值研究,为确定我国250 km/h客运专线无砟道岔的合理轨道刚度提供理论指导.研究结论:从列车运行品质、道岔应力状态、振动水平、变形大小和部件刚度匹配5个方面提出岔区合理轨道刚度的评判准则,并基于车辆一道岔空间耦合动力学理论和轨道变形分析建立岔区合理轨道刚度的确定方法,对我国时速250 km客运专线无砟道岔轨道的合理刚度进行了研究,结果表明:36～44 kN/mm的扣件系统刚度,290～330 kN/mm的轨下胶垫刚度,40～50 kN/mm的板下胶垫刚度最为合理.     

无砟-有砟轨道过渡段设计分析

采用Fortran语言编制无砟-有砟轨道过渡段的力学分析程序.对比分析无砟-有砟轨道过渡段刚度过渡设置方式,并提出几种过渡段的结构设计方案,对无砟-有砟轨道过渡段的设计施工有一定的指导意义.     

客运专线无砟轨道扣件系统技术研究

提出客运专线无砟轨道扣件系统技术要求和关键技术,分析世界各国高速铁路无砟轨道扣件系统技术,介绍我国自主研发的无砟轨道扣件系统的技术特征,对日本、德、英国和我国主要类型扣件的扣压件形式及紧固方式。联结方式、承受横向力方式、弹性性能、钢轨位置调整方式进行性能分析,提出无砟轨道扣件结构选型中应注意的问题。     

客运专线无砟轨道临界速度计算方法研究

无砟轨道是我国客运专线首选的轨道结构型式,轨道临界速度是线路运营速度的基础。在总结相关研究结果的基础上,结合无砟轨道的结构特征分别建立了两种不同计算无砟轨道临界速度的方法:①首先建立无砟轨道叠合梁模型,然后推导单层轨道振动微分方程,并在此基础上推导了单轮作用下无砟轨道临界速度的解析解;②首先建立列车-无砟轨道系统耦合振动动力学模型,然后通过动力仿真分析得到无砟轨道临界速度数值解。对两种方法进行了对比。     

列车荷载在双块式无砟轨道中静态传递特征研究

为研究列车荷载在双块式无砟轨道中的传递规律,建立列车荷载静态传递规律精细化分析模型,分析荷载在双块式无砟轨道中的传递路径、范围及影响因素.研究结果表明:荷载在双块式无砟轨道中的传递分为上下2部分,道床板内为荷载扩展区,扩散角为20°左右,支承层内为荷载均化区,荷载分布已较为均匀;荷载传递范围及量值均随动力系数的增加而显...     

循环温度荷载下无砟轨道结构模型试验研究

为研究循环温度荷载下无砟轨道结构层间离缝产生与扩展规律,以及离缝对轨道结构受力性能的影响,制作了三跨无砟轨道-简支梁桥结构1/4缩尺模型,开展了18次循环温度荷载试验。并在循环温度试验前后分别对结构进行了2次静力加载试验,对比分析结构体系受力特性发生的变化。试验结果表明:循环温度荷载作用下,梁端处轨道板与CA砂浆之间产生离缝,并向跨中呈“阶梯状”逐渐延伸,历经萌生、扩展和稳定三个阶段。随离缝长度增加,相同温度荷载下,梁体上拱度逐渐减小,而轨道结构上拱度逐渐增大,在离缝的萌生、扩展和稳定三个阶段,轨道结构的刚度呈现慢-快-慢的速度逐渐减小。经18次循环温度荷载作用后,轨道结构的刚度降低了14. 96%,无砟轨道-桥梁结构体系整体刚度降低了2. 52%。     

大跨度混合梁斜拉桥上无砟轨道纵向力分析

以昌赣客运专线(35+40+60+300+60+40+35)m混合梁斜拉桥为例,建立了大跨度斜拉桥上无砟轨道精细化模型计算分析不同荷载作用下大跨度桥上无砟轨道纵向力。计算结果表明:在温度荷载作用下,钢轨纵向应力相对较大,最大拉应力为130.03 MPa,跨中轨道板纵向应力较小。在竖向荷载作用下,钢轨、轨道板和底座板的拉应力最大值出现在桥塔附近,压应力最大值出现在跨中附近,其中钢轨压应力最大值为15.02 MPa,底座板拉应力最大值为3.05 MPa。在列车制动作用下,钢轨、轨道板和底座板的拉应力最大值出现在跨中附近,压应力最大值出现在桥塔附近,轨道板和底座板纵向应力均较小。     

双块式无砟轨道裂纹对道床板受力的影响分析

基于路基上双块式无砟轨道的计算力学模型,针对道床板不同宽度和深度情况下的表面裂纹和贯通裂纹,分析在列车荷载作用下道床板开裂前后对道床板受力性能的影响以及在轴向温度荷载作用下含裂纹的道床板受力情况。结果表明,在列车荷载作用下,含裂纹的无砟轨道与无裂纹的无砟轨道相比,道床板混凝土应力有小幅度增加,纵向钢筋应力随裂纹深度的增加而逐渐增大;在轴向温度荷载作用下,随着裂纹宽度的增大,道床板混凝土拉应力及钢筋应力变化较小。     

更高速度无砟轨道铁路线下基础刚度匹配研究

无砟轨道几何形位满足要求、轨道刚度连续均匀是列车高速平稳运行的根本保障条件,作为支承轨道的线下基础必须持久稳定、坚固.路基与桥、隧构筑物连接处是高速铁路线路相对薄弱的环节.如何做好路基与桥、隧构筑物之间差异沉降的控制与刚度匹配的协调是无砟轨道铁路建设的技术关键.本文从轨道刚度与线下基础刚度的关系入手,讨论了线下基础纵向...     

有砟轨道与无砟轨道垂向振动纵向传递特性差异研究

有砟轨道-无砟轨道过渡段存在大量的轨道病害问题,静力学分析与时域内的动力学分析未发现两种轨道间的差异与轨道病害间的关系。根据建立的两种轨道力学模型对比分析两种轨道结构各频段的垂向振动纵向传递特性,得出:轨道垂向振动纵向传播距离与所受荷载激振频段有关。低频段(100 Hz以下),有砟轨道的振动传播距离小于无砟轨道。中频段(100～1 500 Hz),两种轨道的振动传播距离均大幅增加,且有砟轨道的传播距离小于无砟轨道。高频段(高于1 500 Hz),两种轨道纵向传播距离随激振频率增加迅速减小,且有砟轨道的振动传播距离大于无砟轨道。为更好地实现有砟轨道与无砟轨道间动力特性过渡,建议在过渡段设计中减小轨道各部件间的差异,线路养护维修中根据线路设计速度区别控制过渡段两侧轨道几何不平顺。