市域快线轨道技术标准和设计方案探讨

当前市域快线发展迅猛,但在轨道系统设计方面尚未形成统一的标准。文章通过分析市域快线轨道系统的特点,并与城际铁路和地铁进行差异对比,对影响线路平顺性和乘坐舒适性的关键技术标准进行研究,对市域快线轨道设计中应重点关注的内容进行综合论证,并提出设计建议如下:为保证线路的高平顺性,曲线超高、轨道铺设精度、土建沉降控制应尽量采用与城际铁路一致的技术标准;线路应优先采用长定尺钢轨;地下线和高架线宜优先选用无砟轨道;无缝线路宜采用全焊接方式;轨道减振措施应保证线路的稳定性和平顺性。此外,建议市域快线轨道设计还应重点关注不同速度区段车辆与线路条件的匹配,以避免轮轨异常磨耗等病害。

高速铁路长大桥梁CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道无缝线路影响因素分析

研究目的:当大跨度连续梁桥上铺设了CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构之后,其梁轨相互作用机理更加复杂,原有的计算方法、计算模型及设计参数可能不再适用。针对既有研究的不足,本文基于有限元方法建立纵横垂向空间耦合模型,对道床板和底座板年温差、扣件纵向阻力、橡胶垫板弹性模量和隔离层摩擦系数等设计因素的影响规律进行计算与分析,为高速铁路长大桥梁CRTSⅠ型双块式无砟轨道无缝线路的设计参数的选择提供参考。研究结论:在进行设计与检算时,应根据不同地区的实际情况分别选取当地不同的年温差作为道床板和底座板的温差取值;通过在桥上采用小阻力扣件,可以明显降低钢轨最大纵向附加力及轨道结构的受力,但当扣件纵向阻力较小时,在长大桥梁的梁端处,扣件的爬行量较大,需要重点加以关注;在限位凹槽周围侧面应设置高弹橡胶垫板;道床板和底座板之间应尽量采用较小摩擦系数的隔离层。

高速列车振动荷载作用下电缆隧道结构动力响应分析

城市中地下管线铺设较为复杂,城市轨道或者城际高速铁路会修建在地下管线上方。以京津城际轨道交通工程为例,研究高速车辆振动荷载对铺设地下管线的隧道结构产生的动力影响。运用耦合动力学,建立了车辆-轨道耦合系统振动分析模型,计算高速列车通过时车辆-轨道耦合系统的动力响应。结合有限元理论,建立桩板-土体-隧道一体化纵横垂向空间耦合动力仿真模型。将车辆-轨道耦合系统振动分析模型得到的荷载谱,作为外部激励作用在动力仿真模型上,对电缆隧道的动力响应进行研究。计算结果表明,京津城际铁路运营后高速列车振动荷载的动力作用不会对桩板结构下的电缆隧道产生显著的不利影响。

长大简支梁桥上有砟轨道无缝线路纵横垂向变形研究

由于长大简支梁桥上无缝线路,在温度荷载和车辆荷载作用下的轨道和桥梁结构各项变形较大,简单的桥上无缝线路计算模型和检算项目已不满足要求。为了能够更好地分析其受力与变形,更详细地对其进行计算和检算,采用有限元方法建立了长大简支梁桥上有砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合模型。所建立的空间耦合模型,充分考虑了长大简支梁桥上有砟轨道无缝线路各部分的细部结构和其对整体力学特性的影响。采用该模型可以计算钢轨附加力,也可以对梁缝纵向变化量、钢轨横向变形、桥梁竖向挠度、梁端转角和梁轨相对位移等进行计算。计算结果详细,检算项目全面,方法便于设计与施工使用。

高速铁路长大桥梁CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路力学特性分析

在桥上铺设CRTSⅠ型板式无砟轨道后,梁轨相互作用机理、计算模型及设计参数与传统的有砟轨道明显不同。特别是在大跨度连续梁上采用CRTSⅠ型板式无砟轨道结构之后,其梁轨相互作用机理更加复杂。针对既有研究的不足,本文基于有限元方法建立纵横垂向空间耦合模型,对树酯填充层弹性模量、砂浆充填层弹性模量和扣件纵向阻力等设计因素的影响规律进行了计算与分析,对高速铁路长大桥梁CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路的设计参数的选择提出了建议。

无砟轨道18号无缝道岔尖轨跟端结构选型

针对道岔尖轨跟端结构型式选型的问题，建立无砟轨道18号无缝道岔纵横向空间耦合有限元计算模型，计算不同尖轨跟端结构型式下的道岔尖轨横向变形、主要力学特性和道岔的可铺设轨温范围．研究表明：最大轨温差在80℃以下的地区，尖轨跟端可不设传力结构；最大轨温差在80～90℃之间的地区，尖轨跟端可设置2组不等间隙限位器，限位值依次为10．0mm和9．5mm；最大轨温差在90—100℃之间的地区，尖轨跟端可设置2组不等间隙限位器，限位值依次为9．0mm和8．5mm．

客运专线42号无砟轨道无缝道岔参数分析

为了满足客运专线建设的需要,我国研发了时速350km客运专线42号无砟轨道无缝道岔。除了常规的各项检算外,其他设计参数包括扣件阻力和翼轨末端间隔铁数量,也要根据客运专线的要求进行检算。建立了客运专线42号无砟轨道可动心轨无缝道岔有限元计算模型,对不同扣件阻力和不同翼轨末端间隔铁数量条件下的道岔的主要力学特性等进行计算分析与比较,对客运专线42号无砟轨道无缝道岔的设计参数的选择提出建议。

首都机场线地面线无缝道岔群的受力及变形

首都机场线地面线道岔区的几组道岔之间距离较近,道岔的受力和变形会受到一定的影响,需要将距离较近的几组道岔作为一个整体进行考虑。针对首都机场线地面线无缝道岔群,采用商业有限元软件,建立纵横垂向空间耦合的有限元计算模型,计算并分析无缝道岔群的主要力学特性和道岔尖轨横向变形,对道岔群的设计可行性进行研究并提供建议。

城市轨道交通长大桥梁上无缝线路钢轨制动力研究

为了保证城市轨道交通长大桥梁上无缝线路的稳定性与安全性,要特别关注列车制动/起动所引起的钢轨与桥梁的相互作用,检算由此产生的钢轨附加力。钢轨所受制动力的大小直接影响着钢轨强度检算和桥墩纵向刚度的取值。采用空间耦合有限元计算模型对列车制动作用下长大桥梁无缝线路钢轨制动力进行研究。通过比较不同工况条件下的钢轨制动力,得出计算制动力时可采用的最不利工况。

钢桁梁桥上无缝线路空间耦合模型研究

由于钢桁梁桥的桥梁结构和桥上无缝线路的轨道结构具有特殊性,不能使用简单的桥上无缝线路计算模型,为了更好地分析其受力与变形,以某8×33.7 m栓焊简支桁梁桥上无缝线路为例,采用ANSYS有限元软件建立了桥上无缝线路空间耦合模型。该模型充分考虑了钢桁梁桥纵梁、横梁、桁杆、桥墩和无缝线路钢轨、扣件、轨枕等的细部结构,及各部件对整体力学特性的影响,可以计算钢轨及桥墩在温度荷载和车辆荷载作用下所产生的附加力,也可以对梁缝纵向变化量、钢轨横向变形、桥梁竖向挠度等进行计算。

路基上CRTSⅢ型板式无砟轨道设计方案比较分析

路基上CRTS(China railway track system)Ⅲ型板式无砟轨道结构存在单元式和纵连式两种设计方案.通过建立纵横垂向空间耦合有限元计算模型,对两种设计方案在温度荷载、列车荷载、混凝土收缩及基础沉降变形作用下的力学特性进行了计算与对比分析.计算结果表明:对于严寒地区,基于温度荷载的影响较大以及轨道的可维修性,建议采用单元式结构.

桥上纵连板式无砟轨道无缝线路力学性能分析

基于有限元法,考虑钢轨、无砟道床、滑动层、桥梁等结构的相互作用关系,建立桥上纵连板式无砟轨道无缝线路纵—横—垂向空间耦合模型,进行滑动层摩擦系数、扣件纵向阻力、无砟道床伸缩刚度等对桥上纵连板式无砟轨道无缝线路的受力和变形影响规律的研究。结果表明:滑动层减弱了桥梁、轨道间的相互作用,当滑动层摩擦系数为0.1～0.5时,无缝线路伸缩力仅为22.821～55.361kN,远小于一般桥上无缝线路结构;滑动层摩擦系数越小越有利于轨道和桥梁结构的安全使用;底座板/轨道板的伸缩刚度减小会明显增大部分轨道和桥梁的受力,伸缩刚度折减至10%时,伸缩力会增大近6倍,因此应该注意控制底座板和轨道板的开裂现象;扣件的纵向阻力变化对轨道和桥梁结构的受力和变形几乎没有影响,但为了防止钢轨爬行或断缝值超限,扣件阻力不宜太小。

道床断面尺寸对道床横向阻力的影响

为揭示道床横向阻力变化特征,采用离散元法,建立了高速铁路有砟道床-轨枕三维模型,研究了道床边坡坡度、顶面宽度、道床厚度和砟肩堆高等道床断面尺寸对其横向阻力的影响,分析了枕底、枕侧和砟肩阻力及其分担的横向阻力比例.结果表明：坡度为1∶1.50～1∶1.85时,横向阻力为10.315～16.475kN,坡度为1∶1.65及更缓能满足横向阻力超过12 kN/枕的要求.顶面宽度为3.0～3.8 m时,横向阻力为10.205～15.715kN,顶面宽度为3.4 m及以上能满足横向阻力超过12 kN/枕的要求.随边坡变缓或顶面宽度增大,砟肩道砟增多,砟肩阻力显著增大.道床厚度为200～400 mm时,横向阻力为9.156～15.684 k N;横向推动轨枕时,道床从上向下分层拖动;随道床厚度增大,枕底阻力明显增大,道床厚度为300 mm及以上能满足横向阻力超过12 kN/枕的要求.砟肩堆高为0～180 mm时,砟肩阻力为2.010～5.203 kN,横向阻力为9.526～15.257 kN,砟肩堆高对砟肩阻力影响很大,堆高120 mm及以上能满足横向阻力超过12 kN/枕的要求。

客运专线桥上无缝道岔空间力学特性的研究

为解决哈大客运专线红嘴河特大桥桥上无缝道岔受力和变形问题,根据道岔、桥梁结构和布置形式,建立桥上无缝道岔空间耦合模型,从温度荷载、竖向荷载、钢轨横向变形等方面对其空间力学特性进行分析。结果表明:温度荷载下钢轨的伸缩附加力最大值位于梁体活动支座端,受固定支座端至活动支座端距离影响较大;尖轨、心轨尖端相对于基本轨、翼轨的位移较小,处于外锁闭机构允许的伸缩量范围之内;连续梁半联满布荷载时,钢轨纵向位移、挠曲附加力及桥梁竖向挠度最大;单线直向满布荷载时,桥梁横向挠度、扭转最大;温度荷载对钢轨横向变形的影响较小,减载率、脱轨系数变化不大。但由于客运专线标准高、道岔与桥梁结构复杂等因素,对钢轨横向变形的影响不容忽视,建议设计客运专线桥上无缝道岔时考虑其空间力学特性。

高铁长大桥梁CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路的动力学特性

在大跨度连续梁上铺设CRTSⅠ型板式无砟轨道结构,并且考虑高速车辆的动力作用之后,其梁轨相互作用机理更加复杂.基于ABAQUS软件,建立高速铁路长大桥梁CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型,可以对高速条件下高速车辆、无缝线路钢轨、无砟轨道和长大桥梁各细部结构的动力学特性进行研究.经计算和检算可知,在铺设CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路的(80+128+80)m连续梁上运行时速350 km的高速车辆,其各项动力学计算结果均满足动力学检算标准.

客运专线42号无砟轨道无缝道岔设计方法研究

基于纵横垂向空间耦合模型,对42号无砟轨道无缝道岔钢轨的纵向受力及变形、道岔钢轨的横向变形、无缝道岔允许轨温变化幅度以及限位器的铺设与养护方法等进行深入研究。结果表明:该设计方法对客运专线42号无砟轨道无缝道岔实际铺设情况考虑得较为详尽,能够较为准确的计算道岔尖轨跟端处钢轨横向变形,可对限位器结构的铺设与养护维修提供指导意见,适用于客运专线42号无砟轨道无缝道岔的设计与检算。该设计方法可为客运专线42号无砟轨道无缝道岔的设计与养护维修提供参考。

高速铁路桥上不同轨枕型式动力特性对比

在对国内外多种轨枕型式调研分析的基础上,结合我国高速铁路桥上有砟轨道结构特点,确定了高速铁路轨枕型式的初选方案.建立车辆-轨道-桥梁耦合系统动力分析模型,对Ⅲ型轨枕、宽轨枕、梯子式轨枕和框架式轨枕4种轨枕型式的动力性能进行了对比分析,选出了适合桥上应用的轨枕结构方案.并对选定的轨枕结构型式进行优化,提出了适合我国高速铁路的桥上有砟轨道轨枕结构的选型建议.研究结果表明:在所选轨枕型式中,宽轨枕动力性能相对较优;综合考虑养护维修对有砟轨道的要求,建议高速铁路桥上有砟轨道采用Ⅲ型轨枕加宽的方案;根据动力分析的结果,在Ⅲ型轨枕基础上加宽2～4cm即可以起到有效减小道床压应力和降低养护维修工作量等效果.研究结果可为高速铁路桥上轨枕结构的设计提供一定的参考.

桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔力学特性

为研究桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔的力学特性,根据桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔的特点,采用有限元方法,建立桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔的纵-横-垂向空间耦合计算模型.以铺设在桥上的客运专线18号无砟轨道无缝单渡线为例,研究轨道板/底座板伸缩刚度、摩擦板长度、桥梁形式对桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔力学特性的影响.结果表明:减小轨道板/底座板伸缩刚度,对轨道结构变形影响较小,但下部结构受力明显降低,最大降幅约为90%;增加摩擦板长度,有利于控制桥上无缝道岔的受力与变形,可减小下部结构受力,当摩擦板长度由50 m增至100 m时,端刺受力可减小约18%;桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔宜铺设在连续梁上.

地面沉降对路基上单元板式无砟轨道平顺性的影响分析

为揭示地面沉降对路基上单元板式无砟轨道平顺性的影响规律,通过建立路基上板式无砟轨道-路基有限元实体模型,充分考虑无砟轨道和路基的特性及其之间的接触方式,改变轨道结构层厚度和粘结方式,以此来进行地面沉降幅值、轨道结构层厚度和结构层间离缝对轨道不平顺的影响的研究。结果表明:地面发生沉降时,无砟轨道会发生跟随性的沉降,从上到下各层沉降值依次增大,且地面沉降幅值越大,轨道不平顺越明显;轨道结构层厚度越大,地面沉降对轨道平顺性的影响越小;轨道结构层间离缝对轨道平顺性有很大影响,尤其是无砟轨道与道床之间出现离缝时。

国内外高速铁路桥上有砟轨道轨枕结构研究现状分析

轨枕在有砟轨道结构中起着承力和传力的关键性作用,高速铁路桥上有砟轨道应选用合理的轨枕形式。结合有砟轨道轨枕的应用情况、技术特性、经济性、养护维修等多方面指标,对Ⅲ型轨枕、弹性轨枕、宽轨枕、梯子式轨枕、框架式轨枕、德国B系列轨枕及法国双块式轨枕等7种主要轨枕形式的国内外研究和应用现状进行介绍,并对各种轨枕形式的优缺点进行深入的分析和比较,供高速铁路桥上有砟轨道轨枕结构选型参考。