弹性支承块式无砟轨道钢轨抗倾翻性能全参数化计算方法

列车通过弹性支承块式无砟轨道时,扣件和弹性支承块的弹性叠加容易使钢轨倾翻角和轨头横移量显著增大,导致动态轨距扩大,进而影响列车运行的安全性和平稳性。综合考虑轮轨激励形式及其载荷作用关系(包括轮轨垂向力的准静态成分、动态成分及其作用位置、轮轨水平力及其作用位置以及钢轨廓形等)、扣件系统力学特性及其几何参数(包括扣件系统的垂向及横向刚度和阻尼以及外形尺寸等)、弹性支承块力学特性及其几何参数(包括弹性支承块的各向刚度、模量、泊松比以及外形尺寸等),建立准确的力学分析模型和几何关系模型,全面清晰地表征了弹性支承块式无砟轨道结构受力特点。基于力矩平衡计算原理,提出弹性支承块式无砟轨道钢轨抗倾翻性能全参数化计算方法,根据单节点实尺模型残余变形试验对理论计算结果进行修正,若考虑消除初始装配间隙影响,支承块间距扩大理论计算值增加0.04 mm加以修正,轨距扩大量应增加0.2 mm加以修正,通过对比分析计算结果、单节点实尺模型试验结果与传统实体有限元模型仿真结果,证明数据吻合度极高。分析与计算结果表明,本文提出的全参数计算方法与单节点实尺模型试验结果、实体有限元模型仿真结果吻合程度良好;利用本文所提出的弹性支承块式无砟轨道钢轨抗倾翻性能全参数化计算方法,可以高效准确地开展多参数敏感性分析;能够为不同运营条件下弹性支承块式无砟轨道结构及其部件优化提供设计依据,并奠定充分的理论基础。

车辆循环动载下高速铁路路基累积变形预测研究

高速铁路路基在车辆荷载反复作用下不可避免地产生累积变形,影响铁路轨道-路基结构服役性能和车辆运行品质。为探明高铁路基在循环车辆动载下的累积变形空间分布特性和长期发展规律,建立车致路基累积变形预测模型,其主要由2个子模块组成:1)基于多体动力学和有限单元法建立的高速铁路车辆-轨道-路基耦合时变动力学模型;2)基于建立的车辆-轨道-路基动力相互作用模型,引入路基累积变形预测模型,利用循环跳跃的方式预测不同车辆荷载累积次数下路基的累积变形及其空间分布规律。2个模块的交互方面,在每次循环跳跃后,将路基累积变形空间映射至轨道,形成轨面附加几何不平顺,并同步更新迭代系统动力矩阵,建立了车致路基累积变形与系统动力响应之间的关联关系。研究结果表明:本文提出的计算模型可较好地揭示路基土体累积变形在循环车辆动载下的演化规律;采用循环跳跃的方法可更为真实准确地预测路基的累积变形,其计算的路基累积变形最大值为2.6069 mm,而未采用循环跳跃方法计算出的累积变形最大值则为1.7 mm,低估了34.8%。路基累积变形在前期发展较快,后期由于土体被不断夯实,累积变形的演化呈现减缓趋势,累积变形速率从1次加载0.035 mm减小到1次加载小于10^(-6)mm;在路基具有初始不均匀变形的区域内,路基累积变形的幅值大于路基没有初始不均匀变形的区域;路基的累积变形对系统的垂向动力响应的影响显著,动力响应表现为增大的趋势;对于系统的横向振动,累积变形的影响较小。本文提出的方法和研究结果可为高速铁路路基不均匀累积变形控制和预测提供技术支撑。

重载和客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道快速换块关键技术

为选取合适的弹性支承块式无砟轨道抬轨换块施工参数,建立有限元模型,研究了抬轨点间距、扣件松开长度、抬轨量以及施工轨温与锁定轨温的温差对轨道结构变形和受力的影响,明确各参数最佳取值,提出存在空吊、离缝、套靴积水等病害的弹性支承块式无砟轨道快速换块施工方法,并在现场进行应用。结果表明:抬轨点间距宜取1.2~3.6 m,此时钢轨弯折变形较小,且钢轨拉力和扣件上拔力较小;抬升点间距每增加1.0 m,温差限值增加1℃。抬轨量16 cm,抬轨点间距1.2 m时,扣件松动长度宜大于31.8 m;温差每升高1℃,扣件松开长度应减少2.4 m。钢轨最大拉应力和扣件最大上拔力随抬轨量增加而增大,抬轨量每增加1 cm,钢轨最大拉应力增大0.66 kN,扣件最大上拔力增大0.075 MPa。

重载铁路新型高稳定性预应力混凝土轨枕的研发

考虑我国重载铁路大运量、大轴重和高密度的运营特点,特别是小半径和大坡道地段对轨枕稳定性的特殊需要,兼顾我国养护维修体制,在Ⅲa型轨枕的轨下截面处设计了翅膀,研发了重载铁路新型高稳定性预应力混凝土轨枕(Ⅲa+型轨枕)。本文首先介绍了国内外轨枕的应用情况,然后对新型高稳定性轨枕进行了设计检算,最后将其与Ⅲa型轨枕的强度、横向阻力等性能进行了对比性室内和现场试验。结果表明:重载铁路新型高稳定性预应力混凝土轨枕的静载抗裂强度、疲劳强度和翅膀处抗剪强度均能满足设计要求;相比Ⅲa型轨枕,在相同道床状态下其实测道床横向阻力可提高约15%,并可适当降低道床压应力。

基于隔振器荷载特征的浮置板轨道定频隔振器设计研究

该研究旨在保证车辆在浮置板减振轨道的铺设区域具有尽可能强的行驶平稳性,基于非线性隔振理论设计了具有任意准静态载荷位置附近具有固有频率恒定特征的非线性浮置板轨道隔振器刚度曲线以及与其适配的最优化非线性阻尼曲线。首先,通过对浮置板轨道用隔振器载荷特征识别,确定浮置板隔振系统的隔振需求;其次,基于变质量隔振系统动态特征,设计在任意准静态载荷位置附近具有相同固有频率的定频非线性隔振系统(以下简称定频系统)刚度曲线;然后,基于定频系统刚度曲线特征以及阻尼系数对非线性系统隔振性能的影响机理,对针对定频系统进行最优化非线性阻尼设计;最后,基于车辆-浮置板轨道-隧道系统一体化仿真分析模型,针对最优化的定频系统进行仿真验证分析。结论表明:相比采用既有线性钢弹簧隔振器的浮置板减振轨道系统(以下简称线性系统),采用定频非线性隔振器的浮置板减振轨道系统可有效控制轨道板动态位移,轨道板动态位移可降低约8%;非线性系统可显著降低轨道板的振动加速度响应,振动加速度有效值可降低约46.24%;非线性系统在全频段都具有较好的衰减效果,Z振级插入损失约6.26 dB。

高速铁路钢轨波磨研究

通过现场测试和运用NUCARS动力学计算软件,对高速铁路钢轨波磨的特点及其对轨道结构动力响应的影响和钢轨波磨整治限值进行研究.结果表明：高速铁路线路高速区钢轨波磨的波长一般为120～150mm,而在车站附近的线路低速区钢轨波磨的波长一般为60～80mm,波磨的平均深度一般在0.10 mm以下;钢轨波磨的波长与列车速度耦合作用产生的特定频率会使轨道结构产生较为明显的高频振动分量,从而引起轮轨垂直力以及钢轨、轨道板和底座板振动加速度的增大,比钢轨无波磨区增大1倍左右;钢轨有、无波磨时轮轨水平力和梁面振动加速度变化不大;随着钢轨波磨深度的增加,轮轨垂直力和轮轨减载率均增大;综合考虑高速铁路无砟轨道线路的平顺性和安全性等技术要求,推荐高速铁路钢轨波磨整治的深度限值为0.08 mm.

减缓高速铁路钢轨波磨的仿真分析

基于多体动力学软件NUCARS建立高速铁路车辆—轨道仿真模型,分析高速铁路车辆的簧下质量、一系悬挂垂向刚度和阻尼以及扣件的刚度和阻尼对高速铁路钢轨波磨磨耗指数的影响。结果表明:钢轨波磨磨耗指数随着簧下质量的增加而增加,高速铁路车辆一系悬挂垂向刚度和阻尼对钢轨磨耗指数的影响较小,但扣件的刚度和阻尼对钢轨波磨磨耗指数的影响非常显著,而且扣件阻尼越小,扣件刚度对钢轨波磨磨耗指数的影响越大,当扣件的阻尼由3kN·s·m-1增至9kN·s·m-1时,钢轨波磨磨耗指数急剧下降;因此,降低簧下质量和保持适当的扣件阻尼可有效延缓钢轨波磨的发展,控制线路纵向不平顺的形成。

重载铁路隧道内无砟轨道结构选型分析

国内外工程实践经验表明,无砟轨道结构具有稳定性好、平顺性高、轨道状态保持能力强、维修工作量少等优点,不仅是高速铁路发展的主要结构形式,也是重载铁路长大隧道内较为适宜的轨道结构。结合目前国内新建重载煤运通道建设工程,在总结国外重载铁路及国内客货混运铁路无砟轨道结构研究的基础上,研究了重载铁路隧道内无砟轨道的选型原则,并对国内外典型无砟轨道结构特点进行分析,初步提出了重载铁路隧道内无砟轨道结构方案,为我国重载铁路隧道内无砟轨道结构的研究和发展提供借鉴。

城市轨道交通评价指标权重模糊决策方法

综合考虑轨道交通路网与城市发展的协调性、综合效果性、建设实施性和路网结构合理性,构建长沙市城市轨道交通路网评价指标体系。基于专家组意见,用模糊理论的梯形模糊数方法计算城市轨道交通路网评价指标的主观权重;基于各路网方案的评价指标值,用熵值法计算城市轨道交通路网评价指标的客观权重;将主、客观权重组合,得到评价指标的组合权重。基于梯形模糊数的主观构权法,能够在平权或异权的多人决策环境下反映主观决策过程中潜在的不确定性和模糊性,利用熵值法挖掘评价指标值中包含的信息,能够客观反映评价指标值对路网方案决策的重要性。因此,采用主客观相结合的组合权重法可使城市轨道交通路网方案评价结果更符合实际情况,并具有很强的实用性。

30t轴重重载铁路预应力混凝土轨枕设计研究

结合我国重载铁路的运营特点,在前期研究成果的基础上,开展了30 t轴重重载铁路混凝土轨枕的设计、试验研究工作,并按照北美铁路工程和维修协会(AREMA)的相关规定进行对比分析。研究结果表明:新型重载轨枕能够满足30 t轴重线路的承载性能要求,同Ⅲ型枕相比,轨下截面正弯矩和中间截面负弯矩承载能力分别提高了18.5%和23.3%;新型重载轨枕能够满足国内标准及AREMA的相关试验要求,且具有较大安全余量,表明其达到北美重载线路用混凝土轨枕的承载水平。

重载铁路弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力计算分析

弹性支承块式无砟轨道结构整体弹性较好,有利于降低轮轨相互作用力并减缓对隧道基底的振动冲击,是重载铁路长大隧道内较为适宜的轨道结构形式。但弹性支承块式无砟轨道采用两个独立的弹性块体支承钢轨,其保持轨道几何状态,尤其是保持轨距的能力相对较弱。本文通过有限元模型计算,结合室内相关试验结果,研究分析了重载条件下弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力的影响因素。结果表明:增大支承块的长度、宽度以及埋深,可减小支承块横向间距扩大、轨距扩大、钢轨转角和支承块转角;当支承块埋深不变时,增大支承块高度对轨距扩大、钢轨转角及支承块转角的控制不利;增大支承块套靴侧向刚度,可减小支承块横向间距扩大、轨距扩大、钢轨转角和支承块转角;增大轨下垫板刚度和支承块下垫板刚度,轨距扩大不断减小,但轨下垫板刚度的增加主要是降低钢轨转角,对支承块的几何状态影响不大,而支承块下垫板刚度的增加主要是降低支承块横向间距扩大,对钢轨转角的影响较小。

基于蒙特卡洛和BIM的CRTSⅢ型板式无砟轨道铺设工期仿真

以高速铁路1榀32m标准简支梁上的CRTSⅢ型轨道板铺设为对象,开展铺板工艺过程及工期的三维仿真模拟研究。根据32m简支梁上CRTSⅢ型板铺设工艺,将铺设过程分解为16道工序,并在京沈(北京-沈阳)高铁施工现场获取每道工序的持续时间样本各100组,拟合确定各道工序持续时间的概率分布。基于双代号时标网络计划图,应用Revit软件,以蒙特卡洛方法开展工序工期和铺板总工期仿真模拟并建立对施工过程进行动态演示的轨道板铺设BIM模型,确定1榀32m简支梁上CRTSⅢ型板铺设总工期的概率分布。研究结果表明:应用Revit软件建立具有模拟工期信息的轨道板铺设BIM模型,能形象展示工期仿真结果,实现CRTSⅢ型板铺设进度和施工质量档案的可视化管理。

基于光纤光栅传感技术的高速铁路轨道状态远程监测数传系统

介绍了基于光纤光栅传感技术的高速铁路轨道状态远程监测系统的构成,详细阐述了系统的数据采集、处理和传输方法,包括数据的读取、预处理及无线网络等相关技术方法。针对大流量监测数据实时无线传输的瓶颈问题,提出光纤光栅解调系统数据处理和无线传输的方案,可对监测数据自动进行加密、校验和打包,并通过GPRS模块将监测数据推送至远端数据中心。该系统已应用于我国多处高速铁路轨道状态长期监测工点,系统运行状态良好,数据传输系统稳定可靠。

磁流变阻尼半主动隔振的钢弹簧浮置板轨道动力响应分析

为了提高钢弹簧浮置板轨道的低频减振效率,借鉴磁流变阻尼半主动控制技术,建立车辆-磁流变阻尼半主动隔振钢弹簧浮置板轨道的垂向耦合动力学模型与磁流变阻尼地棚半主动开-关(on-off)控制的数值模拟方法,并仿真分析磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道的非线性动力响应特征。研究结果表明:磁流变阻尼力能够提高浮置板轨道垂向变形的安全余量,但是过大的磁流变阻尼力易引起钢轨出现上拱现象;磁流变阻尼半主动隔振能够重新调整浮置板轨道下部振动能量的频域分布,既能有效分担浮置板轨道下部1~16 Hz的低频振动能量,也能将人体敏感频率(4~8 Hz)的能量转变为极低频的能量(低于1 Hz)向外传播;应用磁流变阻尼后,增大了浮置板轨道支承刚度的下调余量,可进一步提高浮置板轨道的隔振效率。

重载铁路有砟轨道用弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法研究

在重载铁路有砟轨道区段铺设弹性轨枕可有效降低轮轨相互作用,减缓桥隧区段道砟粉化,从而延长轨道结构养护维修周期。有砟轨道弹性轨枕枕下垫层静刚度值是结构体系中的重要参数,直接影响弹性轨枕的应用效果。我国早期制定的标准中弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法不尽合理。本文在总结对比国内外标准的基础上,结合室内试验,对弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法从枕下垫层静刚度大小的评估方法、试件的制作及支承状态、静刚度计算时荷载取值范围三个方面进行了优化,可为我国重载铁路有砟轨道弹性轨枕结构设计提供参考。

高速铁路无砟道岔用道岔板设计研究

结合国产高速客运专线道岔的具体情况,首次提出国产化客专道岔板的设计方案。采用梁—板—板有限元计算模型对我国高速客运专线42号联络线道岔板进行力学计算,分析了道岔板结构在运营、运输、施工以及在温度荷载作用下的受力状态,并对道岔板的承载能力以及裂缝控制水平进行了检算。实现了新型板式无砟轨道结构形式在我国高速铁路道岔区的铺设应用。

高速铁路无砟轨道用预应力钢棒疲劳性能试验研究

高速铁路无砟轨道结构中的钢筋疲劳性能是影响无砟轨道结构耐久性的关键因素。针对CRTSⅠ型、CRTSⅢ型板式无砟轨道预制轨道板采用的预应力钢棒,设计了漏斗形试件,首次采用高频疲劳试验机对预应力钢棒母材进行疲劳性能试验。试验结果表明:预应力钢棒的S-N曲线呈整体连续下降趋势;疲劳次数N f在1×106周次之前,随疲劳次数增大,应力幅值降低较为明显;疲劳次数N f在1×106周次之后,应力幅值降低速率逐渐变缓;同时,采用基于Miner线性损伤理论的有限元法对预应力钢棒疲劳寿命进行计算分析,计算结果与试验结果吻合良好。试验所得预应力钢棒母材的疲劳寿命曲线,可为高速铁路无砟轨道结构耐久性研究、预应力钢棒合理选材和设计提供依据。

改进bang-bang控制的磁流变阻尼钢弹簧浮置板轨道基频的减振效果

为了应用磁流变阻尼器解决钢弹簧浮置板轨道基频振动放大的问题,首先应用修正的Dahl模型表征磁流变阻尼器的非线性动力响应,其次建立磁流变阻尼器隔振钢弹簧浮置板轨道模型,并结合改进的bang-bang控制算法,仿真分析地铁车辆-轨道-磁流变阻尼器隔振钢弹簧浮置板轨道垂向耦合系统的动力响应特征。研究结果表明:1)磁流变阻尼器对钢轨和浮置板道床的最大位移基本无影响,但可有效减小列车到来和离开时刻钢轨和浮置板道床的振动位移;2)磁流变阻尼器能够显著降低钢弹簧浮置板轨道基频处支点反力幅值,但在中高频范围内幅值会被放大;3)运用改进bang-bang控制算法后,磁流变阻尼器不仅可有效减小基频处支点反力幅值,同时还可解决中高频范围内支点反力放大的问题;4)运用改进bang-bang控制算法后,磁流变阻尼器可减小浮置板轨道2.5Hz以上范围内的垂向振动加速度振级。

基于GIS的区域公路地质灾害数据模型研究

为有效管理地质灾害数据,构建2类数据模型并整合ESR1的Geodatabase数据模型和关系数据库(RDBMS)来存储和管理复杂的区域公路地质灾害数据,确保数据对象的精度与完整性。一类是区域公路地质灾害数据模型,包括地理与社会经济要素数据集、地形与岩性构造要素数据集、水文与气象监测要素数据集、灾害信息与分布要素数据集、群测群防监测网要素数据集及分析与评价结果要素数据集;另一类是公路地质灾害单体工点数据模型,主要包括监测布置网要素数据集、基础属性数据、监测数据和分析数据。采用ArcEngine开发了ArcHgddms来创建这2种公路地质灾害数据模型,并建立了包含空间数据(如矢量数据和栅格数据)和属性数据的公路地质灾害数据库。

基于OpenGL的桥梁施工实时动态仿真系统研究与实现

综合应用桥梁工程、几何造型、计算机图形学、面向对象及软件工程等方面的理论和技术,研究桥梁三维实体造型技术、桥梁真实感图形绘制技术及桥梁施工实时动态仿真技术,并在此基础上开发了桥梁施工实时动态仿真系统。通过对本系统在某工程实例中的应用,表明本系统在桥梁施工进度控制与施工组织管理领域具有很好的应用前景。