桥墩温度变化对桥上道岔动力特性的影响

道岔是铁路线路的薄弱环节,是影响行车平稳性与安全性的关键设备。随着我国西南山区铁路的建设,不可避免出现大量高墩大跨桥梁,温度作用下相邻高墩差将引起轨道不平顺,从而影响桥上无砟道岔的动力特性。为研究温度作用下相邻桥墩高度差对连续梁上道岔动力特性的影响规律,以某(40+56+40)m变宽连续梁上18号道岔为研究对象,采用UM软件和ANSYS联合仿真,建立列车-道岔-桥梁耦合系统动力学模型,研究温度作用下桥墩变形引起的轨道变形对道岔动力特性的影响规律。结果表明:桥墩升降温对钢轨竖向变形影响较大,当相邻桥墩高度差为29.5 m,桥墩温度变化为30℃时,钢轨最大竖向变形为20.97 mm,出现在桥墩最高处;桥墩高差仅对车体垂向振动加速度有影响,对轮轨力、车辆安全性、平稳性和道岔变形基本无影响;桥墩升温30℃时,高速列车以385 km/h速度直向通过道岔时车体振动加速度从0.05 m/s^(2)增大至0.13 m/s^(2),高速列车以90 km/h速度侧向通过道岔时加速度从0.04 m/s^(2)增大至0.10 m/s^(2);桥墩降温30℃时,高速列车以385 km/h速度直向通过道岔时车体振动加速度从0.05 m/s^(2)增大至0.12 m/s^(2),高速列车以90 km/h速度侧向通过道岔时加速度从0.04 m/s^(2)增大至0.10 m/s^(2);当相邻桥墩高度差为29.5 m时,桥上无砟道岔系统的动力特性指标均满足规范限值要求。

孟加拉38 m简支梁桥墩纵向水平刚度限值研究

研究目的:孟加拉帕德玛大桥铁路连接线为“一带一路”重点工程项目之一,在高架桥上铺设跨区间无砟轨道无缝线路,且高架桥主要采用38 m混凝土简支箱梁。为指导孟加拉38 m混凝土简支箱梁桥上无缝线路及桥墩设计,建立轨道-桥梁-墩台一体化仿真分析模型,研究桥墩纵向水平刚度对无缝线路力学性能的影响规律,基于钢轨强度、梁轨相对位移和钢轨断缝限值,提出满足38 m混凝土简支箱梁桥上无缝线路铺设的桥墩纵向水平刚度限值。研究结论:(1)钢轨伸缩力和挠曲力随桥墩纵向水平刚度的增大而增大,钢轨制动力、梁轨相对位移和钢轨断缝值均随桥墩纵向水平刚度的增大而减小;(2)采用UIC规范参数时,桥墩纵向水平刚度限值受梁轨相对位移控制;(3)采用中国规范参数时,桥墩纵向水平刚度限值受钢轨强度、梁轨相对位移、钢轨温度变化幅度和机车牵引类型共同控制;(4)采用UIC规范时的桥墩纵向水平刚度限值小于中国规范的规定值,综合考虑钢轨强度、梁轨相对位移、机车牵引类型的影响,钢轨温度变化幅度分别为50℃、40℃和30℃,采用UIC规范时,建议38 m混凝土简支箱梁的桥墩纵向水平刚度限值取200 kN/cm;采用中国规范时,建议38 m混凝土简支箱梁的桥墩纵向水平刚度限值取550、250和250 kN/cm;(5)本研究成果可为相关客货共线铁路混凝土简支箱梁桥上无缝线路及桥墩设计提供参考和借鉴。

客货共线铁路简支梁上无砟轨道无缝道岔纵向受力分析

孟加拉国帕德玛大桥铁路连接线为设计轴重25 t的客货共线铁路,桥上采用无砟轨道及跨区间无缝线路。基拉里甘杰站咽喉区位于简支梁桥上,此运营条件下的简支梁上无缝道岔群在国内外较为罕见。为保证结构安全,通过建立“岔梁墩一体化”计算模型,对伸缩、挠曲、断轨、制动工况下的道岔强度和纵向稳定性进行了分析,结果表明:(1)基拉里甘杰站钢轨纵向力最大值出现在正线(即“股道-2”)上,铺轨及运营过程中应重点关注正线的无缝线路服役状态;(2)钢轨纵向应力、钢轨断缝值、尖轨尖端位移、心轨位移、转辙器处基本轨位移、间隔铁纵向力等指标均满足规范要求,设计方案合理;(3)本文所采用的无缝道岔检算方法,既论证了25 t轴重条件下简支梁上铺设无缝道岔的可行性,同时也对中国标准“走出去”指导海外铁路跨区间无缝线路设计有一定的指导意义。

基于轨道几何状态控制的道岔坡度限值研究

研究目的:随着我国山地轨道交通的不断发展,对大坡道上铺设道岔提出了迫切需求。目前,我国尚缺乏在大坡道上铺设道岔的成熟经验,对各种道岔所能适应的坡度限值亦缺乏深入研究。本文从轨道几何状态控制的角度,经推导得出大坡道上道岔侧股水平偏差和导曲线反超高的计算公式,在此基础上提出不同型号道岔所对应的坡度限值,用于指导国内山区铁路及齿轨铁路的工程设计实践。研究结论:(1)道岔侧股水平偏差及导曲线反超高等于轨距、辙叉角正弦值、坡度角正弦值三者的乘积;(2)从轨道几何状态控制的角度,建议铁路9号、12号、18号道岔坡度限值分别取13‰、16‰、24‰,建议齿轨铁路7号道岔坡度限值取14‰;(3)本研究成果对山区铁路和齿轨铁路设计以及相关标准编制具有指导意义。

帕德玛大桥铁路连接线无砟轨道系统设计

研究目的:帕德玛大桥铁路连接线是孟加拉国首条铺设无砟轨道的铁路,也是我国工程技术人员首次在120 km/h、25 t轴重客货共线条件下开展的大跨钢桁梁上无砟轨道设计和简支梁上无砟道岔设计,设计过程中面临着结构限界和轨道自重受限、2350 mm超宽梁缝及7.5‰超大梁端转角、简支梁上无砟无缝道岔群布设等难题,亟需对轨道结构及部件开展系统研究,以指导铺轨实践。研究结论:(1)提出了底座板与桥面板一体化设计的单层长枕埋入式无砟轨道,克服了大跨度钢桁梁上结构限界和轨道自重受限的难题;(2)研发了±800 mm调整量梁端伸缩装置及钢轨伸缩调节器一体化装置,解决了2350 mm宽梁缝、7.5‰梁端转角条件下的轨道结构自适应调整问题;(3)基于“岔梁墩一体化”模型开展了岔桥相互作用分析,解决了25 t轴重条件下简支梁上的无砟无缝道岔群设计难题;(4)上述创新实践指导了孟加拉国首条无砟轨道铺设,对海外工程复杂桥梁结构上无砟轨道设计具有一定的参考作用。

大跨桥上纵连板式轨道受压稳定性

为探讨大跨桥上纵连板式轨道的受压稳定措施,根据大跨桥上纵连板式轨道的结构和纵向受力特点,以某跨径为94 m+168 m+84 m的预应力混凝土连续刚构桥为例,建立了轨道板-桥梁-墩台的有限元模型,并确定纵连板和底座板最不利段.将列车荷载作用下纵连板和底座板向上的挠曲作为初始弯曲缺陷,按照第二类稳定问题对纵连板式轨道的受压稳定性进行了分析.结果表明,对大跨桥上的纵连板式无砟轨道,在列车荷载和温度压力的共同作用下,纵连板和底座板可能发生竖向失稳,可设置"倒L"型双向挡块以增加稳定性;当纵连板和底座板的最大允许温升为30℃时,该桥"倒L"型双向挡块的间距不宜大于16.7 m.

列车荷载下考虑道床裂纹的无砟轨道受力特性

为研究道床裂纹对无砟轨道受力的影响,根据道床裂纹的特点,基于线弹性断裂力学理论,构造20节点六面体奇异等参单元反映裂纹尖端奇异,建立含裂纹的无砟轨道空间有限元模型,分析无砟轨道的受力特性.结果表明:道床裂纹对钢轨和道床板垂向位移影响较小,对道床板中上部混凝土及钢筋受力的影响不明显,道床下层钢筋应力在裂纹处发生突变,静态和动态裂纹宽度基本相同;对于道床底面60 mm等深裂纹,在列车荷载作用下,裂纹处钢筋应力增大为未开裂时的2倍左右,裂纹张开0.017 mm.

中美桥上无砟轨道设计荷载计算方法对比研究

为顺应中国铁路“走出去”的发展需求,通过对比中美规范规定的桥上无砟轨道结构设计荷载计算方法,以国际工程项目为背景,分析了2种规范计算方法及应用效果差异,提出了混凝土梁桥上无砟轨道结构设计荷载AASHTO/ACI计算方法,研究结果表明:(1)AASHTO/ACI混凝土梁结构设计应满足系数加乘的极限状态荷载效应组合,极限状态分强度极限状态、极端事件极限状态、使用极限状态、疲劳极限状态4种;(2)AASHTO/ACI桥上无砟轨道结构设计荷载一般情况应考虑恒载、竖向标准车辆荷载、摇摆力、离心力、纵向力、倾覆力、风载、梁轨相互作用力、地震荷载、脱轨荷载及断轨力,根据荷载方向确定各向设计荷载组合;(3)AASHTO/ACI混凝土梁结构设计规范较中国铁路轨道设计规范考虑的桥上无砟轨道结构设计荷载种类更细化,设计荷载计算值更小,采用中国铁路轨道设计规范确定桥上无砟轨道结构设计荷载偏保守。

高速铁路大跨度钢桁梁斜拉桥轨道型式研究

研究目的:在总结铁路钢桥轨道结构应用的基础上,根据高速铁路大跨度钢桁梁斜拉桥和轨道结构特点,研究提出轨道结构选型原则,并对比分析有砟轨道、合成树脂枕轨道、板式无砟轨道、双块式无砟轨道的适应性,提出轨道结构选型建议。研究结论:(1)大跨度钢桁梁斜拉桥轨道结构选型应从轨道结构特性、施工性、维修性、综合经济性及环境性等方面综合考虑;(2)有砟轨道结构较为成熟,但结构自重大,养护维修工作量大,从寿命周期成本考虑,综合性能不高;双块式无砟轨道结构简单,自重较轻,但施工顺序对轨道线形有较大影响,对施工工艺要求高;(3)板式无砟轨道自重较轻,对钢桁梁桥适应性良好,且有一定的应用经验;合成树脂枕轨道结构简单、自重轻,维修工作量少,对钢桥适应性强,建议在高速铁路大跨度钢桁梁斜拉桥上研究采用合成树脂轨枕轨道和板式无砟轨道;(4)本文对高速铁路大跨度钢桁梁斜拉桥轨道结构选型有一定参考意义。

严寒地区高速铁路无砟轨道扣件系统选型研究

研究目的:扣件系统是无砟轨道的关键部件之一,为指导严寒地区高速铁路无砟轨道扣件系统选型,本文结合严寒地区高速铁路的工程特点,分析严寒地区无砟轨道对扣件系统的需求,并通过介绍国内外无砟轨道扣件系统的应用情况,从扣件系统的技术特点及严寒地区适应性等方面进行对比分析,从而提出扣件系统选型建议。研究结论:(1)严寒地区高速铁路无砟轨道扣件系统选型应从几何形位保持能力、纵向阻力、养护维修、弹性垫层刚度、绝缘性能、几何形位调整能力、极端温度适应性等方面综合考虑;(2)有螺栓式紧固的扣件系统调整能力强,且扣压力衰减后可恢复;(3)不分开式扣件系统的零部件较少,易于养护维修;(4)有挡肩扣件的承载能力较强,所有扣件系统均需研究复合材料部件的低温性能和弹条的低温疲劳性能;(5)本研究结论可为严寒地区高速铁路无砟轨道扣件系统的选型提供参考。

弹条Ⅱ型扣件系统综合性能提升措施研究

研究目的:弹条Ⅱ型扣件的主要部件在其服役过程中会出现道钉锈蚀、胶垫压溃、绝缘性能降低等现象。为保证扣件系统的使用寿命,本文分析扣件系统典型病害发生的原因,并在总结新材料应用研究的基础上,提出弹条Ⅱ型扣件系统综合性能的提升措施,并通过现场试铺应用验证弹条Ⅱ型扣件系统综合性能的提升措施。研究结论:(1)弹条Ⅱ型扣件的典型病害在很大程度上是由其材料性能劣化导致的;(2)采用合金材料可提高道钉的防腐性能;(3)采用聚氨酯弹性体材料可提高轨下垫板的抗压溃性;(4)采用纤维增强树脂复合材料可提升扣件系统的整体绝缘性;(5)采用新材料的弹条Ⅱ型扣件部件具有较高的使用寿命,能减少扣件系统的养护维修工作量;(6)本研究结论可为弹条Ⅱ型扣件系统的综合性能提升提供参考。

道床裂纹对无砟轨道振动的影响初探

为研究无砟轨道道床开裂后结构受力,将混凝土道床简化为黏弹性连续支承梁,引入损伤函数表达道床裂纹,基于轮轨系统动力学理论,建立考虑道床裂纹的车辆-双块式轨道垂向耦合动力学模型,计算分析了高速车辆通过具有半波余弦不平顺轨道时的振动响应,并分析了车辆速度对轨道有无裂纹时振动的影响。结果表明,道床裂纹对车辆和钢轨的振动影响很小,而对道床本身及其下部结构的振动影响较为显著,道床动弯应力和路基面动应力随着车辆速度的增大而明显增大。

弹性支承块式无砟轨道无缝线路更换支承块系统的力学分析

为对无缝线路状态下更换支承块系统进行力学分析并提出合理的维修参数,采用有限元方法建立更换支承块系统的计算模型,分析不同起道量和不同扣件松开长度下系统的受力;在一定的起道量和扣件松开长度下,根据非线性屈曲稳定理论,确定合理的养护维修作业轨温范围。结果标明,弹性支承块式无砟轨道无缝线路更换支承块时,单侧松开扣件的钢轨长度存在最优长度;起道量和单侧松开扣件的钢轨长度对钢轨垂向非线性屈曲临界荷载的影响较大。为避免钢轨失稳,应严格控制作业轨温;起道量为0.16 m时,最优单侧松开扣件的钢轨长度为18 m,相应的作业轨温范围为锁定轨温+5℃以下。

大跨桥上减振型板式轨道凸形挡台受力分析

以孔跨布置为(94+168+84)m的某预应力钢筋混凝土连续刚构桥为例,对减振型板式轨道凸形挡台进行受力分析,提出在进行大跨桥上板式轨道凸形挡台设计时,应考虑梁体上翼缘纵向位移使凸形挡台承受的附加力;对于本文算例,采用长度为3 920 mm短板时的混凝土凸形挡台受力仅为采用长度为4 930 mm长板的80%左右,短板对凸形挡台的结构设计更为有利。

有轨电车埋入式无砟轨道及关键部件型式研究

研究目的:针对钢轮钢轨式现代有轨电车交通特点,对比分析有砟轨道、无砟轨道和埋入式无砟轨道在路权形式、养护维修、环境影响、造价等方面的特点,提出共有路权地段轨道结构选型建议。在此基础上,针对埋入式无砟轨道结构,研究分析钢轨、钢轨固定方式、道床结构、道床铺装、轨旁填充等关键部件结构特点,并提出选型建议。研究结论:通过研究得出如下结论:(1)共有路权地段应采用埋入式无砟轨道;(2)钢轨宜采用59R2或60R2槽型钢轨;(3)新建线路宜采用现浇道床结构,既有线更新改造可采用预制板式轨道结构;(4)当需要承受道路交通荷载时,除特殊需要外建议采用沥青混凝土铺装层;(5)轨旁填充建议选择橡胶类或者聚合物类材料;(6)本研究结论可为现代有轨电车埋入式无砟轨道设计提供参考。

悬挂式单轨道岔结构选型与系统设计

研究目的:悬挂式单轨作为一种中低运量交通制式,在中小城市轨道交通及景区观光线路中具有明显的优势。在总结国外悬挂式单轨交通应用的基础上,对悬挂式单轨道岔结构类型、结构特点进行对比分析,提出了我国悬挂式单轨道岔结构选型建议;结合悬挂式单轨交通特点,提出悬挂式单轨道岔结构系统设计建议。研究结论:(1)悬挂式单轨道岔可采用可动心辙叉道岔,道岔侧股采用单圆曲线线型;(2)悬挂式单轨道岔结构设计应系统考虑道岔线型、道岔梁结构设计、道岔转辙系统设计、道岔梁支座及供电轨等接口设计、运营维护设计等因素;(3)为了提高维修维护效率、减小维修维护工作量,降低后期运营风险,建议设置道岔运维监测系统;(4)该研究成果可为悬挂式单轨道岔系统设计提供参考。

高绝缘耐腐蚀Ⅱ型弹条新型扣件系统试验研究

基于新材料技术,研发了一种高绝缘耐腐蚀Ⅱ型弹条新型扣件系统,同时开展了扣件系统纵向阻力、扣压力、绝缘性能等系列测试,并进行了现场试铺应用。测试结果表明:扣件系统纵向阻力和扣压力分别为16.17,21.1 k N;300万次组装疲劳试验后,扣件系统静刚度、扣压力、纵向阻力、轨距变化均满足要求;两轨间电阻达10.6Ω·km。现场试铺应用结果表明:该扣件系统显著提高了道床漏泄电阻,大幅降低螺栓日常涂油作业,减少扣件系统养护维修工作量。

委内瑞拉北部铁路Tinaco-Anaco段轨枕选型

介绍委内瑞拉既有铁路轨道概况,总结分析国内外主型轨枕结构参数和发展趋势。在此基础上,采用轨枕承载能力、轨枕所提供的道床横向阻力2个主要指标,对比分析我国Ⅲ型有挡肩混凝土轨枕和业主要求采用的DI-WIDAG COOPER E70轨枕。对比分析结果表明,Ⅲ型有挡肩混凝土轨枕各项指标均优于E-70型轨枕,能更好地适应高速、客货共线的运营要求。

30t轴重重载铁路混凝土轨枕设计与试验研究

随着重载铁路轴重和年运量的增加,轨枕的承载能力和疲劳寿命将有所降低,为保证重载铁路的运输安全,有必要开展30 t及以上轴重的重载轨枕设计研究。文章结合我国重载铁路的运营特点,以Ⅲ型混凝土轨枕为基础,提出了通过适当增大轨枕断面和预应力钢筋、减小轨枕挡肩倾角等措施来提高轨枕承载能力的方案,并根据重载铁路轨枕的结构设计,计算分析了轨下及轨中截面承载能力弯矩及静载和疲劳强度试验值,在此基础上开展了轨枕的静载抗裂和疲劳试验。研究结果表明:采用上述措施后的重载轨枕的承载力弯矩大于荷载弯矩;重载轨枕能够满足国内标准的相关试验要求和30 t轴重重载铁路的使用要求,研究结果可为30 t轴重重载铁路轨枕的设计与试验提供参考。

客运专线双块式轨枕堆放受力简化计算法

为研究堆放状态下双块式轨枕桁架钢筋受力,先将堆放状态下的双块式轨枕简化为简支梁,再以桁架腹筋的抗弯刚度作为地基弹簧刚度,基于点支撑弹性地基梁理论计算桁架纵筋的受力,提出了堆放状态下双块式轨枕桁架钢筋受力简便计算法;将文中简化算法与有限元计算结果进行了对比,两者吻合较好,其桁架腹筋的受力对双块式轨枕堆放的层数起控制作用,按算例以6层为宜。