应用车辆-道岔-桥梁耦合动力学分析道岔-桥梁合理相对位置

为确定道岔、桥梁的合理相对位置,深入研究快速及高速行车条件下车辆-道岔-桥梁的动态相互作用,将车辆、道岔区轨道和桥梁作为一个整体,建立车辆-道岔-桥梁耦合系统动力分析模型,用数值模拟的方法计算分析高速行车条件下道岔区轨道、车辆与连续桥梁结构的动力特性及行车安全性和舒适性。以车速350 km/h通过18号国产道岔,岔桥相对位置为尖轨尖端分别位于桥跨1/4、跨中、3/4跨及墩上,通过计算出的尖轨和心轨开口量、尖轨和心轨动应力、车体振动加速度、减载率、脱轨系数、舒适性、桥梁振幅、振动加速度和梁端转角等动力响应,确定在车辆-道岔-桥梁耦合动力条件下4×32 m连续梁桥的合理岔桥相对位置。计算结果表明,18号国产道岔铺设于4×32 m连续梁桥上时,道岔尖轨尖端位于1/4跨时综合动力效果较佳。     

道岔竖向刚度算法探究

采用解析解法计算道岔竖向刚度可清晰的反应力在结构上的传递过程。算法中钢轨及扣件系统刚度计算采用文克尔地基梁模型,铁垫板及板下胶垫刚度计算采用有限长梁初始参数法,然后串联两者,通过迭代求得道岔竖向刚度。以12号可动心轨道岔为例,对比解析解和数值解计算结果可得,两者刚度变化规律基本相同,尖轨前端在直向过岔时,里轨由于帮轨作用刚度增加约9.7%,基本轨由于铁垫板长度增加,刚度增加约1.2kN/mm;导曲线部分,由于共用垫板钢轨的距离变大,帮轨作用下降,轨道刚度减小。但由于解析解算法的不连续性,计算结果图不平滑,有平台和突变的情况。     

道砟垫隔振性能理论分析与试验研究

研究目的:为了准确而又高效地评价道砟垫的隔振性能,本文建立单自由度阻抗模型和多自由度车辆-轨道耦合动力学模型,并分析对比刚性基础上的有砟轨道铺设道砟垫后的加速度插入损失,并与实测数据进行验证分析。研究结论:(1)在0~200 Hz频段内,单自由度阻抗模型和多自由度车辆-轨道耦合模型都能有效的评价道砟垫的隔振性能,但前者计算简便、力学概念清晰,具有更强的工程实用性;(2)道砟垫隔振作用具有频率选择性,即它只能在某一频段内才具有明显的隔振作用,而其他频段隔振作用甚微甚至会放大振动;道砟垫隔振作用最显著频率为铺设道砟垫前系统的固有频率,此处加速度插入损失达到16.3 dB之多;(3)隔振效果最差,即放大振动最明显频率为铺设道砟垫后系统的第一阶共振频率,这个频率在设计道砟垫时应予以重视,避免与要求被隔振结构的固有频率重合;(4)本文提出的单自由度阻抗模型,对铁路有砟道床的隔振设计有一定的参考意义。     

轨道刚度对车辆-轨道系统频率响应的影响

研究目的:目前,轨道刚度变化对车辆-轨道耦合系统频率响应的影响规律尚不明确,本文基于车辆-轨道耦合动力学理论,以既有提速线路为例,从频率角度,研究轨道刚度变化对车辆-轨道耦合系统振动响应的影响。研究结论:(1)轨道刚度的变化,对车体、转向架的振动影响较小,对轮对及轨道结构的振动影响较大;轨道刚度的增大,对27 Hz以下的低频振动基本无影响,27~70 Hz之间的中低频振动略有降低,100 Hz以上的中高频振动显著增大;(2)随扣件刚度的增大,轮轨力谱以及轮对、钢轨振动加速度谱的最大值均显著增大,且振动频率有向高频发展的趋势;(3)随道床刚度的增大,频率响应谱的最大值变化相对较小,轮轨力、轮对、钢轨和轨枕的振动频率向高频移动;(4)总体上看,扣件刚度对耦合系统振动响应的影响较大,在线路维修时应及时更换恶化的扣件系统,道床刚度变化的影响相对较小,其维修周期可适当延长;(5)该研究可指导轨道结构的优化设计以及轨道的养护维修。     

高墩水平温差对连续刚构桥上无缝线路的影响

为研究高墩水平温差对桥上无缝线路的影响,选取某高墩大跨连续刚构桥工程实例,基于梁轨相互作用原理,建立线桥墩一体化有限元模型,分析在水平纵向和横向温差作用下高墩大跨桥上无缝线路受力变形情况。结果表明:高墩纵向温差对连续刚构桥上无缝线路纵向受力影响较大,随着桥墩纵向温差的增大,桥上无缝线路受力逐渐增大;桥墩横向温差影响桥上无缝线路平顺性,当桥墩横向温差超过一定的限值时,连续刚构桥上无缝线路会出现长波不平顺超限;总结以上分析结果,建议在连续刚构桥上无缝线路设计检算中考虑高墩在水平温差作用下对桥上无缝线路的影响。     

无砟轨道连续梁桥与道岔纵向相互作用规律的研究

建立了无砟轨道线桥墩一体化计算模型,用数值模拟法,以一组60 kg/m钢轨客运专线18号可动心轨道岔布置在连续梁上为例,通过两种类型("门"形筋混凝土道床、带限凸台的道床板)无砟轨道桥上无缝道岔与有砟轨道桥上无缝道岔基本轨温度附加力、基本轨伸缩位移的比较,表明:无砟轨道桥上无缝道岔温度附加力分布规律、钢轨位移分布规律与有砟轨道桥上无缝道岔相似,"门"形筋及带限位凸台无砟轨道桥上无缝道岔因道床阻力大,尖轨及心轨相对道岔板的伸缩位移要小;对于带限位凸台的无砟轨道结构计算结果表明:单个凸台的支座刚度＞250 kN/mm时,凸台支座胶垫的压缩量＜1 mm.道岔板不同温度变化幅度的计算结果表明,随着道岔板日温差增大,基本轨温度附加力、伸缩位移、翼轨末端间隔铁受力、直尖轨尖端相对道岔位移、转辙器道岔板受力、辙叉道岔板受力均随之减小,而心轨尖端相对道岔板位移、导曲线道岔板受力、连续梁固定墩受力则随之增大.     

客运专线道岔转辙器部分轮载过渡段优化设计研究

为了研究转辙器部分轮载过渡段尖轨承载断面设计对高速列车过岔时安全性与平稳性的影响,采用动力学参数设计法和列车道岔系统动力学评估法,通过建立轮轨系统空间耦合振动仿真计算模型,主要对尖轨开始承载断面位置、降低值、完全承载断面位置三个影响因素进行分析.结果表明,降低开始承载断面降低值,前移尖轨开始承载断面、完全承载断面位置,有利于提高列车过岔稳定性;从提高行车舒适性角度考虑,将转辙器部分轮载过渡段设置为在直尖轨顶宽15 mm处降低3 mm,在顶宽40 mm处完全承载是比较合理的方案.     

桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道计算软件开发及应用

在考虑了钢轨、板、桥梁和墩台相互作用的各种影响因素的基础上,以大型有限元软件ANSYS为计算平台,利用其自有的APDL语言进行二次开发,编制了桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道计算软件.该软件可用于分析计算各种桥型,在制动、降温、混凝土收缩徐变、断轨、断板等荷载作用下的梁-板-轨纵向相互作用,为轨道和桥梁设计提供了理论指导.     

基于平面参数法的道岔线型设计研究

随着高速铁路的发展,新建客运专线最高运行速度已达到350 km/h,道岔平面线型是影响列车过岔速度的关键因素之一.针对不同的过岔速度选择合适的道岔线型,计算后得到设计参数,对指导道岔选型和设计是十分必要的.利用平面参数法推导各种平面线型的计算公式,提出道岔线型设计流程,并通过实际算例比较了各种线型的应用范围及优劣性.研究表明,列车低速过岔时宜采用小号码单圆或复圆曲线道岔,高速情况下则宜采用含有缓和曲线的道岔线型;缓和曲线的加入,可以在减小圆曲线半径的基础上提高列车的侧向过岔速度,并满足平稳性要求.