三枕捣固装置激扰下有砟轨道振动传递及衰减特性试验研究

大机非稳态捣固作业是新建铁路开通运营前的必备工序,目前尚无研究涉及三枕捣固装置激扰下有砟轨道的振动传递特性。针对此不足,选取某典型新建铁路,开展捣固作业过程中有砟轨道动力响应的现场大型原位试验,并在散体道床内部不同位置埋设自制的双轴振动加速度传感器,实现道床内部振动水平演变的实时监测。采用小波分析和快速傅里叶变换方法,从时域-频域角度探究了捣固作业过程中轨枕和道床的振动传递及衰减特征,对比分析不同捣固作业次数影响下有砟轨道的吸振能力和耗能特性。研究结果表明:捣固作业过程中存在典型的振动逆向传递现象,会降低道床的承载能力及稳定性;夹持阶段轨枕的主要响应频率为68.7 Hz,约为35 Hz捣镐固定振动频率的2倍;捣固作业过程中轨枕对不同方向振动的敏感程度存在显著差异,捣镐的横向振动分量会激发道床内部更加丰富的振动响应;第三次捣固作业过程中道床的振动水平较低,道砟颗粒破碎概率最小。因此建议在不改变捣固作业时间和其他捣固作业参数的条件下现场进行多次连续捣固作业时,作业次数不宜超过3次,以保证最佳捣固效果。

有砟道床人工捣固作业模型建立及力学性能分析

为研究人工捣固作业对道床质量状态的作用机理,基于离散元与多体动力学耦合的建模方法,建立人工捣固装置-散体道床仿真模型,有效模拟工人的捣固作业过程,并通过现场试验结果验证模型的正确性,分析人工捣固作业对道床刚度及接触状态的影响。研究结果表明:人工捣固作业会使道床刚度降低,作业后支承刚度为101.85 kN/mm,降低了28.48%,回弹刚度为206.77 kN/mm,降低了9.02%;在捣入及振捣阶段,道砟间接触状态发生改变,同时轨枕下方与道砟颗粒的接触数目增多,有利于枕下空隙的填充;在撤镐阶段,道砟配位数逐渐增大,法向接触力分布趋向均匀,有利于道床的稳定;人工捣固作业有效减小了轨枕周边区域道砟间接触状态的差异。

弹性轨枕对有砟道床宏细观力学特性的影响

为了系统研究列车荷载作用下弹性轨枕对有砟道床力学特性的影响,首先,采用离散单元法建立了考虑道砟颗粒棱角特征的精细化道床模型;其次,结合现场动态测试结果,验证所建模型的正确性;最后,分析了弹性轨枕对道砟颗粒接触力、道砟颗粒摩擦耗能、道砟颗粒运动以及道床变形等行为的影响。研究结果表明:弹性轨枕可以通过弹性垫层的变形从而起到缓冲作用,使列车动荷载分配更均匀,将荷载的分担比降低了5.67%,减小车轮正下方道砟颗粒的受力,减缓道砟颗粒因受力过大而破碎粉化的趋势;弹性轨枕可以降低道床的整体振动,从而降低列车荷载作用下道砟颗粒之间的滑动程度,减缓道砟颗粒摩擦耗能的增长速率,减少道砟颗粒磨耗粉化;弹性轨枕增大了列车动荷载作用下轨道的弹性变形,却降低了道砟颗粒的转动角速度以及道砟颗粒的塑性位移,有助于保持道床的稳定性,减缓道床沉降和变形的速度,延长轨道的使用寿命并降低维护成本。

CDC-16道岔捣固车对有砟道床作业的宏细观力学行为的影响

道岔是实现列车转线的关键设备,是铁路轨道的三大薄弱环节之一,定期进行捣固养护作业是保障列车安全运营的重要手段。但目前针对道岔捣固作业主要依赖实践经验,缺乏理论依据。为研究捣固作业对道岔区有砟道床力学特性的影响,首先,基于DEM-MBD耦合算法,建立CDC-16捣固车捣固装置-钢轨-轨枕-有砟道床仿真模型,实现道岔区捣固作业的有效模拟;其次,开展现场横向阻力试验,验证模型的正确性;最后,分析捣固作业前后道床阻力特性、轨枕竖向位移及道床支承刚度的变化规律,探讨捣固作业次数对有砟道床质量状态的影响。研究结果表明:捣固作业后道床横向阻力降低32.40%,纵向阻力降低28.13%,支承刚度降低86.23%;捣固作业不会改变枕侧、枕底和枕端3部分对纵横向阻力的贡献排序,但对枕侧区域的分担比影响最大;随着捣固次数增加,在一定范围内道床纵横向阻力和支承刚度提升较明显。综合考虑有砟道床质量状态、力学特性以及大机作业效率,建议对道岔区尖轨位置捣固作业以2~3次为宜。

基于DEM-MFBD-CFD方法的冰雪飞溅击打应答器力学研究

严寒地区冰雪飞溅问题对高速铁路运营安全性有直接影响,现场调研发现多处冰块脱落击打应答器的现象,而国内外对此研究尚未见文献报道。采用基于离散元-多柔性体动力学-计算流体力学(discrete element method-multi flexible body dynamics-computational fluid dynamics, DEM-MFBD-CFD)耦合分析法,建立车厢底板结冰脱落击打应答器模型,并借助风洞和现场试验结果,验证了模型的可靠性;基于建立的分析模型研究不同列车速度、风压变化、冰块质量等因素对应答器击打的受力影响。结果表明:应答器受到的最大应力随列车运行速度呈现幂函数增长关系,当行车速度增大到350 km/h时,最大应力达15.591 MPa,约为150 km/h时的3.5倍;且随冰块质量增加应答器最大应力呈现先迅速增加后缓慢增长趋势;当横风风速为5~20 m/s作用时,应答器表面所受到的最大应力相差不大,表明横风对冰雪击打应答器作用可忽略不计;为减小冰雪飞溅击打应答器危害,可采取除融雪手段、列车降速等措施。

冰雪条件下高速铁路道砟飞溅发生机理及影响研究

采用滑移网格技术、RNG k−ε湍流模型,构建基于DEM-MBD-CFD的高速列车−有砟轨道冰雪飞溅精细化仿真模型,开展冰雪高铁线路现场测试,以验证模型的可靠性。模拟高速行车条件下冰块脱落击打道床并引起道砟飞溅击打车厢底板的一系列过程。研究结果表明:在高速行车条件下,转向架位置处负压较大;道砟飞溅数量与列车行车速度呈正相关;列车动力荷载引起道砟振动对飞溅具有促进作用,在风振耦合作用下,击打列车底板的最大冲击力约为仅考虑列车风载时的2.2倍。本研究可为严寒地区冰雪飞溅数值模型建立及防治提供理论参考。

重载铁路道岔区钢轨冻结接头的现场试验与数值分析

重载铁路道岔与正线钢轨连接处需要一个位移限制作用强的接头,冻结接头恰好能够满足要求,但接头的存在破坏了钢轨的连续性,造成轮轨之间产生较大的动载冲击作用,长期作用下轨道结构易产生伤损病害。鉴于此,首先通过对运营现场服役过程中的冻结接头进行大量的静态测试,分析接头平顺性的波形特点。其次,选取典型的病害接头进行列车动态试验,对其动态冲击特性进行现场实测。最后,通过有限元建立列车-钢轨接头三维耦合模型,对接头的维修标准进行研究。研究结果表明:长期服役过程中的冻结接头在轨缝附近易形成局部的低塌下凹不平顺;对这种凹接头进行动态行车测试后,接头轨缝左右两侧钢轨动位移在垂向空间存在一个明显的错台分布,迎轮侧钢轨的动位移要大于顺轮侧钢轨的动位移,当车轮驶过这种凹接头时易产生逆轮错牙冲击模式;从接头夹板的动弯应力来看,车轮在经过接头轨缝左右侧时分别产生了2次较大的冲击作用,驶过轨缝后产生的冲击作用更大;对重载车轮驶过接头的动态作用力进行分析得,运营现场冻结接头最大低塌深度应控制在0.5 mm以内。研究结果可为揭示冻结接头现场服役状态及维修加固措施提供一定的借鉴。

捣固稳定作业次数对新建铁路道床振动传递特性的影响

新建铁路在开通运营前道床需进行多次捣固稳定作业以确保线路达到正常运营要求,但目前现场大机捣固稳定组合作业次数多以长期累积的实践经验为主,缺乏科学的理论依据。为研究DWL-48捣稳组合作业车对新建铁路道床动力特性的影响,开展了捣固稳定作业现场锤击试验,从时频域角度细致分析不同捣固稳定作业条件下道床的振动传递特性。研究结果表明:随着捣固次数的增大,道床纵向振动衰减率R13(轨枕1传递至轨枕3)逐渐增大,而道床纵向振动衰减率R12(轨枕1传递至轨枕2)呈先减小后增大的变化趋势,且在第二次捣固作业时道床纵向振动衰减率出现最小值30.73%;捣固作业次数主要改变了离激振源最近轨枕的第一共振频率;随着捣固稳定作业次数的增加,离激振源最近轨枕的第一共振频率呈先增大后减小再增大的变化趋势,在第二次捣固稳定作业后,第一共振频率出现极小值118.125 Hz。同一起道量条件下,仅考虑道床振动传递特性,建议新建铁路在进行多次捣固作业时应该将捣固次数控制在两次;综合考虑捣固稳定作业次数对道床纵向振动传递特性的影响,建议新建铁路应该进行两次捣固稳定作业较为合理。

聚氨酯发泡道床离散元模型建立及力学特性分析

聚氨酯发泡道床是近年来提出的一种新型道床结构,该道床是在道砟空隙内填充聚氨酯柔性材料,与刚性的道砟颗粒相互作用而形成的一种轨道结构。针对其非连续、多种介质并存的结构特征,提出一种多元介质填充结构的离散元建模方法,首次实现离散元模型中刚柔介质的耦合。研究结果表明:与普通碎石道床相比,聚氨酯发泡道床具有良好的弹性,残余变形较小,有利于保持道床断面的几何形状;聚氨酯泡沫材料可有效减小道砟间的法向和切向接触力,从而有效减少道砟颗粒的挤压、摩擦作用;聚氨酯发泡道床道砟间接触力的分散性较小,受力比较均匀;聚氨酯发泡道床的刚度比普通碎石道床刚度减小40.67%~50.93%;聚氨酯发泡道床的最优固化宽度建议为80 cm,此时道床累积沉降最小、接触力最均匀。

80 km/h速度条件下地铁隧道内轮轨及车内振动噪声关联性研究

为探究地铁列车以80 km/h速度运营下,隧道内轮轨振动噪声与车内振动噪声的关联性,针对北京某地铁线路,利用压电式加速度计、噪声传感器、数据采集分析仪等设备开展系统的振动、噪声测试。从振动加速度时域、频域以及振动加速度级、铅垂向Z振级、累计百分之十Z振级、最大Z振级、等效连续A声级等角度对测试数据进行评估与分析,根据测试结果建立轮轨振动噪声与车内振动噪声的关联性。结果表明:车内振动加速度最大值约为道床的1/5;道床与车内的振动响应大致相同,两者的卓越频率均主要集中在300~350 Hz、500~700 Hz,1/3倍频程中心频率均集中在512 Hz附近;轨旁噪声比车内噪声高28~30 dB。

探索城乡建设过程中城乡规划的重要意义

近年来我国大力发展乡村经济,为了进一步缩小城乡差距,加快推进城乡建设进程,各级政府及相关部门需要根据当地城乡地区的实际建设情况,对城乡资源与空间进行科学合理的规划,以便在有效利用的基础上,最大化提高居民生活质量,推动城乡经济的整体发展平衡。本文也会针对城乡规划在城乡建设中所发挥的重要作用进行着重分析,并在此基础上提出完善可行的规划原则及建设发展策略,以便相关人士参考。

探讨国土空间规划实践面临的技术挑战

随着我国社会经济发展速度不断加快,国家基础设施建设也已经进入到了一个新的阶段,在当前的社会背景之下,国土空间规划已经成为了促进社会发展以及国家发展的关键路径之一。与一些西方发达国家相比较,我国在国土空间规划方面的研究资料尚且较少,目前仍处于发展阶段。可以看出,国土空间规划对我国城市建设发展有重要意义,基于此,本文也尝试对国土空间规划实践过程中所面临的技术挑战进行了分析。

浅析资源环境承载力评价与国土空间规划关系

随着我国社会发展速度不断加快,经济发展已经进入到了一个新的阶段,人民群众对于土地资源的需求量也呈现出增长趋势,在这样的社会背景之下,我们可以看出当前国有空间规划工作的开展水平较低,其开展效率也较为低下,很难满足人们的居住以及商用需求。想要保证国土空间规划工作的科学高效开展,应该注意开展资源环境承载力评价工作。基于此,本文也尝试对资源环境承载力评价与国土空间规划之间的关系进行了深入分析。

地铁车内及站台振动噪声测试分析

地铁列车运行引起的振动噪声问题正日益凸显,对周围环境和线路周边居民生活造成影响。本文针对北京某地铁线路车内及站台振动噪声情况,采用现场试验方法,分别测量列车运行过程中以及进出站时的振动加速度和噪声等数据,从时域、频域角度利用等效连续A声级、1/3倍频程进行分析。结果表明:车内噪声频带以中低频为主,主要集中在1~31.5 Hz、500~800 Hz和1024 Hz处,较国家标准相比,超出5~8 dB(A);车内振动总量值转向架位置为0.3~0.35 g,车厢中部位置处为0.2~0.25 g,均超出限值,车内极不舒适,且转向架位置振动噪声普遍大于车厢中部位置;站台噪声均未超出限值,噪声大小与方向无关。