高铁线路轨道高低不平顺激励下的钢轨挠曲特性研究

基于我国高铁线路和典型服役车辆技术参数,建立车辆-轨道耦合动力学模型,仿真分析高铁线路轨道高低不平顺激励下的钢轨挠曲位移,通过对比模型仿真结果与钢轨挠曲解析解的方式验证耦合模型的准确性;在轨道子模型中输入我国高铁无砟轨道谱反演的轨道高低不平顺和余弦型轨道不平顺样本,研究轨道高低不平顺幅值和波长对钢轨挠曲位移影响规律;采用非线性最小二乘法和有理式方程,拟合速度350 km·h-1条件下轨道高低不平顺幅值和波长的比值与钢轨挠曲位移最大值之间的函数关系。结果表明：钢轨挠曲位移主要由前4阶谐波成分组成,基频由轨道高低不平顺波长和车辆运行速度决定;轨道高低不平顺波长大于20 m时,幅值和波长的比值与钢轨挠曲位移最大值呈反比例关系,比例系数与车辆和轨道参数有关,本文模型中比例系数的计算结果为0.151。研究成果有利于从控制钢轨挠曲位移量的角度制定轨道高低不平顺养护维修措施,为轨道波长管理提供理论依据。     

轨道结构与桥梁共同作用力学计算模型的研究

轨道结构与桥梁共同作用的力学计算模型是解决轨道纵向位移阻力与梁轨相对信移相互作用计算问题的关键。本文采用平面杆系建立轨道结构与桥梁共同作有的力学计算模型，将轨道结构、梁体、支座、墩台、基础作为整体来考虑。桥梁和轨道的联结采用性梁单元模拟，其材料弹性模量和屈服应力通过轨道纵向位移阻力与梁轨相对位移关系的双折线化确定；同时为考虑梁跨挠曲对无缝线路钢轨受力的影响，梁跨高度采用刚臂模拟。通过对梁轨相互作用模型结构的试验结果和《铁路无缝线路》（1995年修订版）一书中桥上无缝线路钢轨力的钢轨变形微分方程解计算算例作比较，证实这一力学计算模型的合理性。     

弹性地基叠合板梁力学模型的有限单元法

本文就板体轨道的应力分析，建立弹性地基叠台板粱力学模型，钢轨取直粱单元，轨下基础板体取矩形薄板单元。将板体轨道视作整体结构，按文克勒地基模型推号出有限单元法的理论计算公式，编制实用计算程序。用本方法计算铁路板体轨道，可同时计算钢轨和轨下基础板体沿平面两个方向上的竖向位移、内力及地基反力的变化规律，从而克服了现有计算方法的偏面性。     

无缝道岔风轨纵向力与位移的研究

无缝道岔是发展超长无缝线路的关键技术，而道岔区导轨、基本轨纵向力分布和位移的计算则是无缝道岔设计的先决条件。本文提出固定辙叉单开道岔和可动心轨单开道岔钢轨纵向力及位移计算的力学模型，编制了实用计算程度，并对６０ｋｇ／ｍ轨１２号单开道岔进行分析，给出了钢轨纵向力及位移的变化规律。     

混凝土桥面轨道纵向位移阻力的研究

对桥上无缝线路，梁轨之间存在由相对位移引起的轨道纵向位移阻力，使桥梁与轨道形成一个相互作用，相互约束的力学平衡体系，因此，轨道纵向位移阻力是分析无缝线路钢轨和桥梁受力的重要参数。由于道床的散粒体特性以及现场测试条件的限制，国内外在这方面的试验研究较少，轨道纵向位移阻力与梁轨相对位移和轨道竖向受载的关系，可采用梁体与钢轨之间产生一系列的相对位移，并测定钢轨的受力大小来确定。本文通过室内模拟试验，介绍了轨道纵向位移阻力的试验分析结果，轨道纵向位移阻力是分析无缝线路钢轨和桥梁受力的重要参数。本文通过两个1:4缩尺室内模拟结构试验，介绍了轨道纵向位移阻力的试验分析结果。     

连续梁桥上无缝线路附加力研究

以往对钢轨、轨枕及梁跨结构三者之间产生相对位移的计算模型,没有考虑轨枕位移的影响。在吸收国内外研究成果的基础上,建立了考虑钢轨、轨枕、梁体相互作用的连续梁桥上无缝线路梁、轨相互作用力学模型,并用该模型分析连续梁桥上无缝线路附加力分布规律,对两种力学模型计算结果进行对比。结果表明,挠曲附加力及断轨力受扣件阻力影响很大,降低幅度最多,伸缩附加力受扣件阻力影响小些,降低幅度次之;制动附加与扣件阻力关系不大,钢轨断缝值受扣件阻力影响很大,降低扣件阻力将导致断缝增大。     

曲线上钢轨横向位移影响因素分析

为研究曲线上钢轨横向位移的影响因素,建立了包括钢轨、轨下垫层、扣件的有限元模型,分析了在有、无列车荷载的作用下钢轨的横向位移随曲线半径、升温幅值的变化规律,及钢轨在受温度力这种分布力作用时扣件参数对钢轨横向位移的影响。结果表明在升温幅值较大的小半径曲线上,温度力会使钢轨产生较大的横向位移;扣件对钢轨横向位移的影响与钢轨所受的荷载有关,适当增加弹条的扣压刚度可减少温度力引起的钢轨横向位移。     

新建隧道下穿施工引起既有铁路轨道变形的理论计算模型

新建隧道下穿施工将引起上覆既有铁路轨道产生不平顺，导致列车振动加剧，进而降低旅客乘车舒适性。为此，提出新建隧道下穿施工引起铁路钢轨变形的理论计算模型。首先，采用高斯分布公式预测新建隧道施工引起铁路路基顶面沉降；然后，将轨道视为无拉力弹性地基上的梁，推导路基沉降引起轨道挠曲变形计算式。通过与室内模型试验结果和现场监测数据比较，对提出的理论模型进行验证。探讨铁路线路与新建隧道间的水平夹角、钢轨抗弯刚度、路基顶面沉降槽宽度系数对钢轨挠曲变形的影响规律。该计算条件下，当路基沉降槽宽度系数小于2 m,新建隧道垂直下穿施工将导致上方有砟铁路轨枕产生局部空吊现象；增大钢轨抗弯刚度，可以减小钢轨挠曲变形幅值；增大铁路线路与隧道之间水平夹角，可以减小钢轨挠曲变形波长；增大路基沉降槽宽度系数，轨道挠曲变形幅值逐渐减小，并且波长逐渐增大。     

桥上纵连板式无砟轨道挠曲力计算分析

根据桥上纵连板式无砟轨道的结构特点,基于有限元方法建立桥上纵连板式无砟轨道挠曲计算模型,计算温度荷载下的挠曲力,分析列车荷载作用长度、活载入桥方式对挠曲力的影响,研究桥上纵连板式无砟轨道在挠曲力作用下的梁轨相互作用规律。结果表明:桥梁挠曲变形所引起的钢轨纵向附加力较小,其中简支梁桥上钢轨挠曲附加力不超过21.6 kN,连续梁桥上钢轨挠曲附加力不超过24.0 kN;在进行部件的受力检算时,应根据具体的部件选用伸缩力或挠曲力;与桥上有砟轨道及单元板式无砟轨道有较大不同的是,还需要根据不同的检算部件寻求最不利的挠曲力列车荷载加载方式;建议采用活动端迎车进行加载。     

大跨度提篮拱桥上无缝线路设计关键技术研究

研究目的:通过研究提篮拱桥在温度变化、列车荷载作用下的变形规律,并建立铺设无砟轨道的大跨度提篮拱桥无缝线路的非线性有限元计算模型,进行梁轨相互作用分析,计算铺设无砟轨道的140 m跨径提篮拱桥上无缝线路变形、纵向力、伸缩位移、挠曲位移,为桥梁和无缝线路设计检算提供支持.研究结论:在计算提篮拱桥的伸缩力时,可采用与常见简支梁或连续梁相同的方法计算梁的伸缩位移量;在列车荷载作用下提篮拱产生的最大挠曲位移明显小于伸缩位移,钢轨挠曲力较钢轨伸缩力小,挠曲力一般不控制轨道检算,但可能控制墩台的设计检算.     

城市轨道交通双线桥上无缝线路挠曲力研究

针对城市轨道交通中新应用的双线U型梁和传统的双线箱型梁两种不同形式桥梁,用有限元法计算分析桥上无缝线路附加挠曲力及附加挠曲位移的分布,着重研究线路纵向阻力、桥梁跨度和桥墩刚度等参数变化对桥上无缝线路钢轨受力、桥墩受力及桥梁挠度的影响。研究结果表明,线路纵向阻力、桥梁跨度对钢轨挠曲力的影响较大,而桥墩纵向刚度对钢轨挠曲力的影响较小,为城市轨道交通设计提供理论参考依据。     

无缝道岔群对钢轨位移和纵向力的影响研究

基于有限单元法，建立多组无缝道岔相联结时钢轨位移和纵向力的计算分析模型，编制了计算软件，并以可动心轨提速道岔为例，分析了两组道岔的不同联结形式对钢轨位移和纵向力的影响。     

漫话铁路钢轨扣件

扣件是轨道重要组成部件，钢轨与轨枕通过扣件联结在一起。扣件的作用是固定钢轨正确位置，阻止钢轨的纵向和横向位移，防止钢轨倾翻，同时还能提供必要的弹性、绝缘性能等。     

车载轨道垂直模量测量系统的初步设计

轨道模量是轨道道床垂直方向刚性的测量值，是轨道质量和性能的关键参数。模量是通过钢轨挠曲与轨座和轨道基础之间垂直接触力的比值来表示。此项研究的目的是开发一种车载、实时、非接触轨道模量测量系统。缺少稳定的测量参考一直是利用移动轨道车对轨道模量进行测量所面临的主要困难。本文建议的是一种基于轨道与轮／轨接触点相对位移进行的测量系统。它包括激光可视装置，对相对位移进行测量，同时利用数学模型通过相对位移预测轨道模量。为评估建议测量系统的设计和灵敏度，证明系统的效率，对移动轨道车进行了分析和动态模拟。在各轨道区段，包括平交道口、钢轨接头和桥梁，低速（〈10mph）移动轨道车进行的现场初步试验表明，其测量结果与路旁测量的结果是一致的。     

钢轨位移测量准直仪的研制和试用

无缝线路的位移，直接影响钢轨道锁定轨温的数值。现行的观测方法，由于观测桩设在碴肩上，加上其他种种原因，测量数值精确度较差，不能满足无缝线路管理的要求。我段将观测桩固定在路肩上，利用钢轨位移测量准直仪测量位移，提高了观测精度，对准确计算实际锁定轨温，防止胀轨跑道，具有重要意义。     

双块式无砟轨道的共振性能分析

为了避免双块式无砟轨道在列车荷载作用下产生共振,使得钢轨位移过大而影响列车平稳性,运用谐响应有限元法和轨道动力学理论建立双块式无砟轨道计算模型,考虑了列车荷载、扣件刚度、阻尼影响因素,对模型进行共振频率与钢轨位移计算.结果表明:扣件刚度影响无砟轨道共振频率及钢轨位移,而阻尼及列车荷载影响钢轨位移.     

凹形竖曲线上梯形轨道的稳定性研究

为了研究凹形竖曲线上梯形轨道的稳定性,以某城市轨道交通线为例,建立梯形轨道在凹形竖曲线上的叠合梁模型,计算分析在温度荷载、列车垂向荷载和制动力作用下,梯形轨道在凹形竖曲线上的力学特性以及扣件纵向阻力和缓冲垫刚度对轨道结构受力和变形的影响规律。计算表明:由于凸挡台的限位作用,轨道结构在竖曲线上较为稳定;扣件的纵向阻力对钢轨的纵向位移影响较大,为限制钢轨的纵向位移可适当增加扣件的纵向阻力;凸挡台缓冲垫刚度的提高能有效控制钢轨的纵向位移,但会减小缓冲作用,故应合理控制缓冲垫的刚度。     

城市轨道交通大坡道及小半径曲线地段轨道结构受力和变形特性分析

采用有限元法建立了大坡道及小半径曲线地段的长枕埋入式轨道和浮置板轨道结构模型,分析列车紧急制动下坡通过曲线时的钢轨受力、轨道结构底部支反力及轨道板的位移。结果表明:浮置板轨道结构的钢轨纵向力大于长枕埋入式轨道钢轨纵向力;长枕埋入式轨道结构底部纵向支反力大于浮置板轨道隔振弹簧的纵向支反力,垂向支反力小于浮置板隔振弹簧垂向支反力。列车转向架处于浮置板两端时会引起轨道板垂向位移增大,对剪力铰影响较大;纵向位移自列车荷载作用处向浮置板两端递减,纵向位移最大值约为0.30 mm;列车通过曲线时易引起浮置板向外轨方向发生横向位移和倾斜。     

动态条件下曲线钢轨和轨枕位移的测量及分析

介绍了在动态条件下使用位移传感器测量曲线钢轨和轨枕的受力状况和位移规律,获得了具体数据,为进一步制订控制钢轨和轨枕的位移,保持曲线良好运行状态提供试验数据,对线路日常养护工作具有一定的指导和借鉴意义.     

桥梁温度跨度对双块式无砟轨道无缝线路的影响研究

为研究桥梁温度跨度对桥上双块式无砟轨道无缝线路的影响,运用线板桥墩一体化模型,计算不同温度跨度下,分别采用常阻力和小阻力扣件时的钢轨纵向力、道床板纵向力、抗剪凸台纵向力、梁轨相对位移以及钢轨断缝,分析桥梁温度跨度对轨道结构强度与变形的影响。结果表明:(1)随着桥梁温度跨度的增加,钢轨伸缩、挠曲、制动附加力和梁轨相对位移均增大;道床板、抗剪凸台纵向力和钢轨断缝保持不变。(2)扣件阻力减小时,轨道结构纵向力均减小;但梁轨相对位移和钢轨断缝增大。(3)为保证钢轨强度要求,当桥上铺设常阻力扣件时,桥梁温度跨度限值可取135m;当桥上铺设小阻力扣件时,桥梁温度跨度限值可取250m。