基于成桥施工偏差的大跨度铁路桥梁线路纵断面设计适应性分析

大跨度铁路桥梁成桥线形与设计线形易产生偏差，通常需根据成桥线形变更线路纵断面；同时，大跨度铁路桥梁受荷载作用呈现明显的动态大变形特征，导致桥梁服役期间线路纵断面仍难以与设计纵断面匹配，影响其后续的线路养护维修。结合某大跨度公铁两用桥梁，介绍现有考虑成桥施工偏差的线路纵断面设计方法，并考虑温度、列车载重等常规荷载激励，开展基于中点弦测法的轨道几何形位评估和基于动力仿真的列车舒适性评价，以分析服役期间不同线路设计纵断面对桥梁线形变化的适应性。结果表明：降温导致跨中等效竖曲线半径减小，拟合调整大跨度桥梁线路纵断面时，应重点关注降温荷载对车辆运行平稳性的影响；桥梁结构整体受力变形所引起的车体垂向振动加速度变化不超过0.05 m/s²,线形平顺性主要由线路设计纵断面本身控制；相比多坡段纵断面，多项式拟合设计的线路纵断面消除了变坡点和竖曲线，从而减小线路纵断面引起的列车车体振动响应。     

超大跨度协作体系桥上轨道几何状态分析

为分析评估超大跨度斜拉-悬索协作体系桥上线路空间线形和轨道几何形位特征,以某超大跨度协作体系跨海大桥为例,通过数值分析从线形参数、虚拟中点弦测和列车动力学评价等角度对桥上轨道几何状态进行分析。研究结论如下：(1)对设计状态各工况下的梁面变形进行拟合和线路参数分析,均满足相关规范要求,且温度变化引起的桥梁竖向位移较为显著,整体降温工况下跨中轨面高程增加,跨中纵断面竖曲线曲率增加;(2)40 m中点弦测法计算得到轨向弦测幅值较小,高低最大弦测幅值为21.93 mm,对应垂向加速度为0.199g,仍留有一定的安全余量;(3)列车行为动力学评估得到未被平衡离心加速度满足舒适度控制标准及相关规范,且离心加速度最大值主要集中在边跨桥墩附近,同时,桥塔附近也存在离心加速度极大值,运维部门需关注;(4)需加强轨道不平顺对列车运行的影响研究,提出适合高速铁路大跨度桥梁的轨道静态平顺性能控制指标。     

轨道交通特大桥铺轨线形设计及其工程实践

针对先期施工预留轨道交通特大跨度公铁两用钢桁梁斜拉桥在荷载作用下变形较大,且与轨道交通设计线路纵断面线形不匹配的现状,根据梁面实测标高和桥梁设计变形,在既有线路设计纵断面基础上重新设计轨道施工时的纵断面即轨面控制标高.在满足限界、最小轨道设计高度等基本要求的同时,使新纵断面下的轨面线形及标高能够适应施工过程中、施工完成后和列车活载作用下的桥梁变形.目前工程已通车运营,现场轨道状态良好.     

400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺验收标准研究

大跨度铁路桥梁在复杂环境下的大变形特点使得矢距差法不再适用于桥上轨道线形验收工作。为了解决400 km/h大跨度铁路桥梁轨道长波不平顺验收难题,首先根据成渝中线2座大跨度铁路桥梁特征,分析裕溪河特大桥与赣江特大桥对车体加速度的影响特征及综合检测列车的敏感波长,结合现有标准给出基于中点弦测法的桥上轨道静态验收策略。然后依据车辆—轨道耦合动力学理论,构建车辆多刚体模型和CRTSⅢ板式无砟轨道有限元模型,系统开展构造余弦波不平顺和实测不平顺作为轮轨激励条件下的动力仿真计算,并考虑桥上纵断面的影响,基于车体振动加速度和舒适性指标给出了400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺验收标准。最后通过裕溪河特大桥轨道静动态不平顺和中国高速铁路无砟轨道谱进行了验证。研究结果表明：1) CR450AF列车在400 km/h下车体沉浮运动的敏感波长为163 m,建议400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺采用60 m中点弦测法进行评价;2)桥上轨道静态高低长波不平顺60 m中点弦测验收值不应大于6 mm,轨向长波不平顺60 m中点弦测验收值不应大于4 mm;3)大跨度桥上轨道静态长波轨...     

纵断面线路参数对直线电机列车的动力影响

研究目的:为了确定纵断面线路参数取值对LIM列车运行舒适性和安全性的影响规律,基于首都机场线LIM地铁系统参数建立列车-线路三维耦合动力学模型,分析在纵断面线路参数和车速影响下,LIM地铁系统动力响应特性,拟合得到车体最大垂向加速度、轮轨最大垂向力、最大轮重减载率与竖曲线类型、竖曲线半径、列车行驶速度之间的关系公式。研究结论:(1)凹形竖曲线会增大列车垂向加速度和轮轨垂向力,减小轮重减载率;(2)凸形竖曲线会减小列车垂向加速度和轮轨垂向力,增大轮重减载率;(3)车体最大垂向加速度、轮轨最大垂向力、最大轮重减载率均与曲线半径的倒数相关;(4)车体最大垂向加速度、轮轨最大垂向力、最大轮重减载率均与车速的平方相关;(5)本研究成果可为LIM地铁系统纵断面线路参数优化提供理论依据。     

高速列车车体的灵敏度分析及轻量化设计

针对某高速列车铝合金车体,在静强度及模态特性的有限元分析基础上,分析车体关键部位应力及位移指标对车顶、上边梁、侧墙和底板等主要型材结构的厚度变化的灵敏度,并对灵敏度结果进行分析。基于灵敏度分析结果,确定以车顶、上边梁以及侧墙厚度为设计变量的车体轻量化模型,并进行优化设计。优化后的车体结构减重6.64%,且车体强度、刚度以及模态频率等指标均满足设计要求,达到良好的轻量化效果。     

高速铁路三维线形参数及其对列车运动的影响

研究目的:为避免传统二维设计方式出现的设计差错,明确线路的三维曲线线形对高速列车运动的影响,以微分几何不变量曲率、挠率为参数,并结合三维曲线的Frenet标架,建立线路三维线形设计指标以及列车三维运动学模型,然后分析三维线形参数对线路走向及对列车运动特性的影响。研究结论:(1)任何线路的走向及形状都可以通过曲率、挠率及Frenet标架进行表达,以此为参数建立的列车运动学模型可准确反映列车运动状态;(2)二维设计易产生设计差错,并不能准确评价列车的运动状态;(3)线形参数对列车加速度、急动度起主导作用,其中曲率决定了加速度的大小,但横、竖向加速度大小也受控于Frenet标架的侧倾;急动度由曲率变化率、挠率产生,其中曲率变化率是急动度是否超限的关键因素;(4)为避免设计差错,在高速、超高速铁路设计中应引入三维线形设计方式。     

京九线成段更换轨枕设计及施工探讨

对京九线利用大修列车成段更换轨枕设计及施工进行探讨,通过对有碴桥上轨下枕底碴厚不足地段进行纵断面拉坡设计、对大修列车切入线路换枕施工时龙门轨设置和换枕施工后应力放散作业的分析总结,以期达到优化换枕施工组织,降低施工成本,提升大修施工后线路设备质量,确保行车安全。     

橡胶弹簧浮置板道床对车体振动影响的试验研究

为研究橡胶弹簧浮置板道床对地铁列车振动的影响,对列车通过普通整体道床和橡胶弹簧浮置板道床时车体的垂向和横向振动加速度进行现场试验,测试结果表明:列车运行时,车体垂向振动幅值波动较大,且两节车厢连接处的垂向振动幅值大于车厢中部;车体横向振动加速度幅值变化较为平稳,车厢中部和两节车厢连接处的横向振动幅值基本一致;列车通过橡胶弹簧浮置板道床区段时车体振动加速度幅值约为普通整体道床区段的1.5～2.2倍,且车厢中部振动加速度幅值增大较两节车辆连接处明显。     

线路关键点对400km/h高速铁路纵断面参数设计影响

研究目的:400 km/h等级高速铁路的规划设计是我国现阶段高速铁路建设与发展的重要目标。目前,尚未有400 km/h高速铁路纵断面参数设计标准的研究。在满足高速列车行驶安全与旅客乘坐舒适条件下,本文对400 km/h等级高速铁路纵断面参数进行了设计与验证,为后续工程应用提供理论依据。研究结论:(1)相同坡度差、夹直线长度条件下,列车垂向振动加速度最大值随竖曲线半径的增加而减小,建议400 km/h高速铁路最小竖曲线半径取值为30 000 m;(2)当竖曲线半径≥20 000 m,车体垂向振动加速度最大值数值受坡度差值影响很小;(3)车体垂向振动加速度随着夹直线长度的增加而逐渐消散,叠加振动减小,建议400 km/h高速铁路夹直线长度最小取值为200 m;(4)本文研究可为400 km/h高速铁路纵断面参数设计提供技术支撑。     

基于波噪比的高速铁路钢轨波磨快速检测方法

为实现高速铁路钢轨波磨里程覆盖式、高频次、快速测量,提出基于波噪比的钢轨波磨快速检测方法。采用便携式添乘仪检测高速列车车体振动和车内噪声数据,提出基于车体纵向加速度进行数值积分来计算列车速度和里程,采用曲线地段车体摇头角速度里程与台账里程的偏差值修正速度积分误差。利用提取的里程修正后车厢噪声数据与钢轨波磨对应的400～700 Hz频带成分,计算频带能量占噪声总能量的比值,并获取波噪比超限时的钢轨波磨波长和里程。结合高速列车实测数据分析,研究结果表明：速度修正后列车定位里程最大误差为87 m,对波磨比大于0.3的线路区段进行钢轨波磨波形测量和轴箱加速度振动能量比分析,钢轨波磨波长范围为53～57 mm,实测波长为53 mm,验证了该方法的正确性,为高速铁路钢轨波磨的快速测量提供技术支撑。     

高速铁路主跨320 m钢-混部分斜拉桥无砟轨道适应性研究

南玉高铁六景郁江特大桥设计将钢-混部分斜拉桥结构引入时速350 km高速铁路领域,而300 m级以上大跨度桥上无砟轨道的竖向变形极易超限,影响列车通过的安全性和舒适性,因此,系统研究在此大跨桥梁结构上铺设无砟轨道的适应性十分必要。通过建立有限元及动力学模型,分析不同组合工况下无砟轨道结构的变形特点及动力特性,运用60 m弦测法探究各工况下无砟轨道的线形变化规律,从而确定大跨度钢-混部分斜拉桥铺设无砟轨道的适应性,并对设计和施工提出合理化建议。主要结论如下：在各种不利组合荷载作用下,桥上无砟轨道结构强度满足规范要求,列车通过大桥的各项安全性与舒适性指标均满足规范要求;混凝土收缩徐变和斜拉索升降温是影响无砟轨道线形标准的两大主因,应在无砟轨道施工前确保足够的沉降观测期和收缩徐变释放期,并充分考虑拉索的保温设计;在温度组合荷载作用下,桥上无砟轨道的60 m弦测不平顺幅值为6.79 mm,满足高速铁路静态验收标准;但在叠加列车荷载和收缩徐变后,变形弦测值均出现Ⅱ级及以上超限,通过合理设置预拱度后可有效改善轨道平顺性标准。     

电力机车车体结构优化分析

以新设计某型电力机车为例,利用ANSYS软件建立了电力机车车体结构的有限元模型,并针对机车车体设计中的强度、刚度考核工况,以合理化的车体结构钢板厚度为设计变量,以车体结构的应力、位移需满足的高速试验列车动力车强度及动力学规范等为状态变量,以车体质量最小为目标函数,对车体进行了全面的轻量化优化设计分析,并对优化设计后的车体结构进行了强度、刚度及模态的分析校核,结果表明各项计算结果均符合标准要求。     

基于状态空间法的轨道不平顺与车体横向加速度关联模型

构建状态空间模型研究我国高速铁路实测轨道不平顺与高速综合检测列车车体横向加速度数据之间传递特性。首先采用谱分析方法分析长波轨向不平顺、水平不平顺等与车体横向加速度在空间频域上相干特性,根据相干分布规律分频段建立轨道不平顺与车体横向加速度之间的多输入单输出状态空间模型;再利用高速综合检测列车实测数据训练状态空间模型的结构参数辨识输入输出之间的传递关系;最后验证所建状态空间模型的残差符合零均值正态分布。利用训练得到的状态空间模型传递函数及实测轨道不平顺数据预测了车体横向加速度输出,并与相应实测车体横向加速度数据进行对比。验证结果表明,在合理的空间频段上搭建的状态空间模型,能够准确地辨识轨道不平顺与车体横向加速度之间的传递关系。     

长波高低不平顺与车体垂向加速度关联模型研究

轨道不平顺是车辆振动的主要激励源,随着车辆运营速度的增加,引起车辆振动加剧的不利波长也在变化。本文利用谱分析方法对0号高速综合检测列车实测数据进行分析,得到高速条件下长波高低不平顺和车体垂向加速度在空间频域上的分布规律,分别采用非参数模型和ARX模型构建长波高低不平顺与车体垂向加速度之间的关联关系,并利用系统辨识技术对两种模型的传递函数进行估计。通过将两种关联模型分别与长波高低不平顺结合,实现车体垂向加速度的预测;并与实测车体垂向加速度进行相关性和相干性分析。结果表明,两种模型均能较好反映长波高低不平顺与车体垂向加速度之间的传递关系。通过比较,ARX模型比非参数模型更精确。     

广珠城际铁路线路平纵断面设计参数动力学评估

为了验证广珠城际铁路线路平纵断面设计参数的合理性,利用车辆动力学软件ADAMS/Rail建立高速列车和轨道模型,针对广珠城际铁路具有代表性平纵断面设计参数的一段线路,计算了CRH2型动车组在16 km长的线路上运行时的动力响应,并与现行车辆动力学评价标准进行对比.分析结果表明:在现有平纵断面设计参数条件下,CRH2型动车组以200 km/h的速度运行时的所有动力学指标均为优良,行车安全性和舒适性有足够保障,设计参数合理,满足设计及运营要求.     

长大跨度桥上无缝线路设计注意问题探讨

随着铁路建设的发展,以及跨区间无缝线路的广泛应用,越来越多的长大跨度桥上铺设无缝线路。长大跨度桥上无缝线路受力、变形复杂且受线路条件影响很大,在设计中轨道、线路和桥梁专业相互制约,若协调不好会影响整体项目设计。为此,基于桥上无缝线路检算的要求,结合工程案例和设计中出现的问题,对长大跨度桥上钢轨伸缩调节器的设计进行分析,并阐述了特殊地段桥上无缝线路设计注意事项。     

平竖曲线重叠地段线形参数对米轨车辆动力特性的影响

为合理确定山区米轨铁路平竖曲线重叠地段线形参数,基于动力学理论建立米轨车辆—线路动力学模型,分析山区米轨铁路线路平竖曲线重叠地段的竖曲线形式、竖曲线半径、圆曲线半径等变化对车线系统动力特性的影响。结果表明:平竖曲线重叠地段采用凸形竖曲线形式相较于凹形竖曲线形式列车的动力通过性能更好;平竖曲线重叠设置对乘坐舒适性的影响最大,对行车安全性及轮轨作用力影响相对较小;竖曲线半径变化主要影响车体垂向加速度,当竖曲线半径增至10000 m后,对车体垂向加速度影响较小;平面圆曲线半径变化主要影响车体横向加速度,当平面圆曲线半径大于2000 m后,对车体横向加速度影响较小。     

大兴国际机场线列车运行安全性及平稳性分析

北京大兴国际机场线的设计速度高达160 km/h,采用CRH6型市域列车,相较于传统的地铁线路,对轨道结构的力学稳定性要求更高。介绍了新机场线轨道设计方案及特点,认为应通过轨道结构动力学、车体动力学及行车安全性三大类指标对列车运行的安全性及平稳性进行预测;提出了相关车辆和轨道结构动力学参数的选取原则及具体限值要求,并通过建立车辆、轨道及下部基础的动力学耦合有限元模型,分别计算桥梁和隧道及路基地段(列车速度在120~180 km/h情况下)钢轨与道床的纵横向加速度、位移,轮轨力、车辆的水平及垂向加速度,以及脱轨系数、轮重减载率等数据。研究表明,采用了特殊设计后,轨道结构各动力学指标均位于安全限值之内且安全余量较大。     

地铁车辆以磨耗车轮通过钢弹簧浮置板轨道时的较好平稳性速度

[目的]为使地铁乘客获得较好的乘车体验,探究轨道线路铺设浮置板时车体平稳性较好的通过速度区间。[方法]利用仿真软件建立了地铁车辆-浮置板轨道-路基的动力学模型,分析了标准车轮及磨耗车轮通过地铁有无钢弹簧浮置板轨道时的车体振动状况。对比了不同速度条件下,增设浮置板前后车体垂向平稳性指标时域及频域的变化;对比了车体在浮置板轨道系统下,车体以磨耗车轮与标准车轮通过时,车体的垂向振动加速度等参数时域及频域的变化规律。[结果及结论]不同速度时,浮置板会使列车的平稳性指标增大,相比无浮置板时平均增长了5.8%;横向平稳性指标在速度低于60 km/h时,其对平稳性指标有减小作用。浮置板系统中,磨耗车轮的存在会加剧车体垂向振动,这种现象在列车高速行驶时表现更突出。地铁车辆通过轨道时的垂向振动加速度频率主要集中在低频区段的0～10 Hz,横向振动加速度频率区段主要集中在0～30 Hz。地铁车辆通过存在浮置板路段且速度在48～60 km/h区间时,磨耗车轮的车体垂向平稳性指标在1.8左右,横向平稳性指标在1.1左右,数值均较低,即车体振动及横向运动较小,平稳性较好。