钢管混凝土双块式轨枕道床复合受力性能试验

新型钢管混凝土(CFT)双块式轨枕采用钢管混凝土取代了桁架钢筋的连接构件作用,具有结构简单、安全耐久性好等优点。为研究钢管混凝土双块式轨枕与现浇混凝土道床所形成的轨道结构的复合受力性能,采用某实际工程的材料和工艺制作了一段足尺CFT轨枕减振道床和现浇整体道床,经疲劳试验验证后,用绳锯将其沿横向切割成单承轨台和双承轨台的CFT轨枕道床试件,分别开展试件的轨下截面加载试验和中间截面加载试验,分析道床试件中轨枕、现浇道床、底座板混凝土和钢筋的应力、变形及裂缝的开展演化规律。试验结果表明:CFT轨枕道床受力破坏过程均表现出整体工作、带裂缝工作和破坏的典型三阶段特征;中间截面加载试件破坏时受拉钢筋被拉断而受压区混凝土未被压碎,类似于低筋破坏,轨下截面加载试件因竖向裂缝和弯剪区段斜裂缝之间的混凝土被压碎剥落而失效,受拉纵筋未屈服,类似于斜压破坏;CFT轨枕整体道床试件抗裂能力、承载能力更高,整体道床试件开裂荷载约为减振道床试件相应值的4.7倍,其极限荷载约为减振道床的2.3倍,道床与底座板之间采用拉结钢筋连接后能大幅提升轨道结构刚度和承载能力。CFT轨枕与现浇道床界面黏结及整体工作性能良好,研究成果可供钢管混凝土双块式无砟轨道理论研究和工程应用参考。

高速列车对综合交通枢纽中地下车站结构振动的影响

以济南遥墙综合交通枢纽为工程案例,依托CRTSⅢ型板式无砟轨道建立车辆-轨道-车站结构振动耦合模型,利用时频域分析方法,分析了不同列车通过速度下轨道与车站结构间振动传递特征、不同减振垫层刚度下车站结构顶板振动响应特征和减振效果。结果表明:列车通过速度80 km/h时,钢轨、轨道板、车站结构侧壁、车站结构顶板振动加速度绝对值依次减小,车站结构顶板振动加速度级峰值出现在100 Hz;车站结构侧壁和顶板的分频最大振级、最大Z振级均随列车通过速度增加而增大,并且最大Z振级的增幅大于分频最大振级;不同列车通过速度下车站结构侧壁的分频最大振级和最大Z振级均大于顶板;降低减振垫层刚度可有效减小车站结构顶板最大Z振级;列车以不同速度通过各股道时可通过采用不同减振垫层刚度的轨道结构达到同等减振效果。

不同基础条件下预制板式无砟轨道结构设计与检算

基于城市轨道交通工程建设需求,在非预应力轨道板结构设计基础上,采用有限元软件建立了不同基础条件下的无砟轨道结构耦合模型,结合极限状态法,研究开展了综合考虑列车荷载、温度梯度和基础变形作用下预制板的弯矩及配筋计算。结果表明:合理的非预应力板式无砟轨道结构设计,能够满足工程建设需求,路基段承载能力极限状态配筋设计受偶然组合作用控制,不同基础类型的轨道板纵横向配筋均受正常使用极限状态标准组合控制。

客运专线道岔前后轨道刚度过渡段动力学研究

客运专线有砟轨道及无砟轨道道岔区的轨道刚度约是区间线路的2～3倍，差别较大，均需要通过设置轨道刚度过渡段来减轻轮轨动力作用，改善行车的平稳性。从保证行车安全性和舒适性、降低对轨下基础动力冲击作用的角度，提出轨道刚度过渡段动力性能的评价指标以及过渡段合理长度的确定方法，既要满足钢轨挠度变化率小于0．3mm·m^-1的要求，还应满足轮轨垂向力衰减距离以及车体加速度衰减时间的要求。应用车辆一轨道耦合动力学模型与理论，进行客运专线道岔前后轨道不同刚度过渡段方案的动力学分析。结果表明：客运专线道岔前后轨道刚度过渡段可采用轨道刚度分级过渡的方法，每一级刚度取15个轨枕间距，并依据实际线路轨道刚度差的大小在3～6级中完成过渡。

轨道结构强度有限元分析

应用有限元方法及ANSYS软件建立了有碴轨道结构有限元分析模型,计算了几种工况下轨道结构各部件的位移、应力等强度指标。结果表明模型计算位移值与试验实测值接近,强度指标计算值比传统方法计算值稍小,考虑到传统方法偏于保守,说明模型是合理、可靠的。

30t轴重重载铁路轨道刚度研究

重载铁路轨道的刚度由钢轨、支点间距和轨下支承刚度共同决定,合理的轨道刚度对延长轨道结构的使用寿命、减少现场养护维修工作量、提高线路的经济效益有着重要的实际意义。本文结合大秦线重载铁路扣件弹性垫层的使用情况,探讨了在30 t列车轴重作用下,不同钢轨类型及不同道床支承状态所对应的弹性垫层刚度范围。分析认为：30 t轴重重载铁路轨道宜使用68 kg/m钢轨或75 kg/m钢轨;对于新建重载有砟轨道线路弹性垫层刚度选取范围为120～160 kN/mm;对于既有有砟轨道重载改造线路弹性垫层刚度选取范围为100～140 kN/mm;对于刚性道床重载无砟轨道线路弹性垫层刚度选取范围为40～60 kN/mm。

横称量对轨头内弹塑性接触应力场的影响

在轮轨关系研究中，横移是一个非常重要的工况参数。横移量的变化将极大地影响接触斑上的几何参数和力学参数。本文的研究将着重讨论横移量对轨头内弹塑性接触应力场的影响。研究得到，横移量对轨头内塑性区、应力状态的分布都有很大的影响。

地铁轨道刚度变化处的e型弹条应力变化研究

为了确定地铁e型弹条在轨道刚度突变处应力的变化情况,分别建立了浮置板轨道和普通整体道床轨道刚度突变有限元模型和三维弹条有限元模型,采用数值模拟的方法,求解得到所有72种工况下弹条的最大应力值及位置,并总结得出e型弹条在轨道刚度突变处的应力变化规律。结果表明:应力最大位置总是发生在弹条后拱内侧;轮轨冲击作用和钢轨的折弯变形均会影响弹条应力大小;建议当列车从浮置板轨道行驶至普通轨道时,两段轨道的位移差应控制在2 mm以内;反向行驶时位移差应控制在3 mm以内。

既有线200km／h提速客货共线直线段轨道的动力特性

既有线提速是高速铁路发展的重要方向之一。本文主要对轨道路基在列车荷载作用下的动力响应规律进行了研究。首先,建立轨道系统在移动荷载作用下的动力响应理论分析模型,该模型将轨道结构视为连续支承欧拉梁,对ANSYS软件进行二次开发,实现了模型的数值分析;然后,建立直线段轨道数值分析模型,利用该模型分析了荷载速度、载重、不平顺波长、不平顺波深对既有线路提速200 km/h客货共线直线段钢轨、轨枕的竖向位移及竖向加速度的影响。可为制定新的铁路养护技术规范提供技术参考。

轨道结构落锤冲击的数值模拟方法

轨道结构落锤冲击数值模拟的重点和难点是建立落锤与钢轨间碰撞力的计算式。运用构造函数法,考虑钢轨和落锤的弹性模量、落锤直径、钢轨踏面直径和接触面粗糙度的影响,建立落锤与钢轨间碰撞力关于这二者趋近量的计算式。运用Fortran语言,采用预测—隐式积分法,编制求解落锤和轨道结构耦合动力方程的计算程序。根据同一轨道结构的落锤冲击碰撞力相等的原则,采用LS-Dyna软件和自编程序进行仿真计算,确定碰撞力计算式中的系数。室内实尺模型试验实测与数值模拟计算的钢轨、轨枕和道床的振动加速度在相同落高下基本保持一致,验证了该数值模拟方法的可靠性。

重载对铁路轨道结构破坏作用分析

重载铁路运输是国内外货物运输的方向,重载铁路由于大轴重、高密度组合列车的开行,对轨道结构的冲击力及破坏作用较大。根据国内外有关轨道力学、轮轨关系、重载轨道的研究成果,对重载铁路轨道结构的竖向、横向、纵向受力特点进行了全面分析,且根据朔黄铁路现场测试数据,就万吨列车与普通列车对轨道结构的受力影响进行了对比。对轨道结构各组成部件的相互作用力和重载运输对轨道结构破坏作用进行了重点论述,结合朔黄重载铁路工务设备养护维修的实践经验,提出了轨道结构各组成部分在加强与养护维修方面的建议与措施。

侧磨钢轨强度计算的有限元方法

提出了计算侧磨钢轨强度的有限元力学模型，采用三维有限元单元。

30t轴重重载铁路轨道结构强化改造技术

朔黄重载铁路轨道结构基础设施均按25 t轴重设计与建造,将货车轴重提高至30 t同时开行2万t以上的重载列车,将导致基础设施的强度与疲劳性能发生显著变化。根据朔黄重载铁路既有基础设施现状,对30 t轴重运输条件下基础设施存在的薄弱环节进行了现场调研,并通过大轴重实车试验对直线、不同半径曲线地段轨道部件受力和轨道几何状态进行了测试与分析,给出了铺设新型重载轨枕与重载扣件等结构强化改造技术措施。

高速铁路轨道刚度与胶垫应用

从轮轨相互作用的观点,用模型讨论了轨道刚度与轮轨相互作用力的关系,认为提高运行速度的主要问题是轨道刚度太大。为使混凝土轨枕的有碴轨道保持与木枕有碴轨道同等的刚度,采用适当弹性的胶垫是轨道适应当前提速要求的有效对策。

弹性点支承有限长连续梁计算中一个值得注意的问题

弹性点支承有限长连续梁,当抗弯刚度EI、支点刚度系数D和跨距L组成的参数DL^3/EI很小时,广义结构节点位移列向量所满足的线性方程组是病态的。在剖析了问题的原因之后,详细叙述了解决这类问题所应采取的方法。

混凝土-CA砂浆复合试件界面端奇异应力场消除方法研究

为研究混凝土-CA砂浆双材料界面端的应力场奇异性,建立混凝土-CA砂浆双材料复合试件轴拉计算模型,并对界面拉应力分布进行分析。基于Bogy特征方程,提出消除混凝土-CA砂浆复合试件界面端奇异性的方法。研究结果表明:混凝土与CA砂浆界面端附近存在应力奇异现象,该应力奇异现象使得界面端点处的应力明显增加。当结合角组合θ1=θ2≤72°时,混凝土-CA砂浆界面端的应力奇异性消失,此时应力场为一定值。研究成果可为精确的双材料界面黏结强度试验提供理论依据。

钢弹簧地铁浮置隔振装置的力学模型分析

对地铁浮置隔振装置建立了力学模型,并利用有限元分析软件对模型进行了力学分析,证实了浮置板轨道结构良好的隔振性,从而得出了浮置隔振装置在轨道上的最佳分布方案。

温度荷载下CRTSⅡ型轨道板与CA砂浆界面剪切破坏机理

CRTS Ⅱ型板式轨道纵连解锁后在较大温度力作用下可能引发层间剪切破坏而导致纵向失稳。引入基于表面的内聚力模型模拟轨道板与CA砂浆层间黏结-脱黏-接触的复杂相互作用关系,建立Ⅱ型板式轨道层间剪切破坏三维有限元分析模型,并结合既有的推板试验结果对模型合理性进行验证。细致分析温度力作用下轨道层间剪切破坏过程以及层间剪切强度、剪切刚度和断裂韧度等参数的影响规律。研究结果表明:初始较小温度下,轨道层间剪应力在被解锁处的板端最大,并逐渐向内衰减;升温4.2℃,板端剪应力率先达到界面剪切强度,界面裂纹开始萌生;升温10.5℃,端部剪应力衰减为0,层间离缝迅速扩展。过大剪切刚度和较小剪切强度会导致层间伤损过早萌生,提高界面断裂韧度和剪切强度可以有效地控制层间离缝的发生和提高轨道纵向稳定性。

适应复杂山区高速铁路隧道变形的高承轨台双块式无砟轨道设计研究

为提高无砟轨道对下部基础变形的适应能力,以隧道内双块式无砟轨道结构为研究对象,提出高承轨台轨枕结构方案,采用打磨轨枕承轨台的方法降低轨道结构高度,以适应隧道底部的上拱变形。并基于有限元分析方法,建立隧道内高承轨台双块式无砟轨道有限元模型,探讨轨道结构的合理调整量以及静力学性能。结果表明:采用高承轨台双块式轨枕,可实现90 mm的结构最大下调量;在0~90 mm下调范围内,轨枕露出与埋深高度匹配合理,轨枕承轨台、挡肩力学指标满足相关规范要求,螺杆、预埋套管抗拉性能良好,扣件系统具有足够的抗拔承载力;高承轨台双块式轨枕承轨台打磨工艺流程能够指导、实现轨道结构高程的快速调整,为处理实际工程中轨道上拱病害提供了可靠的技术和设备支持,具有较好的工程价值。

超重货物列车荷载作用下的轨道强度模拟检算

介绍超重货物列车荷载作用下轨道强度模拟检算程序的力学模型、流程框图 ,并以算例说明程序的应用。