高铁桥上有砟轨道梁端周期不平顺演变规律及道床支承状态检测方法

针对高速铁路简支梁桥上有砟轨道梁端周期不平顺的形成机理及演变规律开展研究,重点分析环境温度对轨道周期不平顺的影响规律,并提出一种能快速检测有砟轨道枕下道床支承状态的方法(BDS法)。结果表明:环境温度荷载引起的梁端道砟滑移流变会导致梁端道床支承刚度不足,引起轨枕局部空吊,导致梁端轨道高低周期不平顺,且环境温度变化量越大,梁端轨道高低不平顺变化量越大;32 m简支梁有砟轨道梁端周期不平顺会引起脱轨系数最大值增加25.4%,平均值增大11.9%,轮重减载率最大值增大178.68%,平均值增大130.27%。BDS法可实现枕下道床支承状态的快速无损检测,可与小型捣固机配合对高铁有砟轨道梁端周期不平顺进行整治。

高速铁路轨道周期性不平顺特征表征与识别

高速铁路轨道周期性不平顺易引起车辆激振,增加列车脱轨风险,需要及时发现并处理。在分析不同波长周期性不平顺成因基础上,提出基于小波变换和支持向量机(SVM)的轨道周期性不平顺识别方法,并采用该方法进行案例分析。结果表明:高速铁路轨道周期性不平顺成因大致可分为4类,即与轨下结构尺寸相关的32 m简支梁不平顺、底座板不平顺、轨道板不平顺及与钢轨状态相关的钢轨轧制不平顺,其主要波长分别为32,20,4~7和2~4 m;经过频域、时域带窗处理后的小波系数,其均值、方差、有效值和时频比4个指标可以表征轨道周期性不平顺;采用该方法识别钢轨轧制周期性不平顺、轨道板变形周期性不平顺和底座板变形周期性不平顺的准确率分别为81%,94%和72%。

考虑周期性不平顺的高速铁路各型无砟轨道谱拟合与反演方法

轨道不平顺是轮轨相互作用的激扰源,其周期性特性是除波长、幅值外不可忽视的特征。结合大量动检数据,提出考虑周期性不平顺的高速铁路各型无砟轨道谱拟合与反演方法,结果表明:高速铁路周期性不平顺根据轨下基础结构尺寸、钢轨状态等诱因分为9类。提出采用修正的高斯函数表征周期性不平顺,基于8阶多项式拟合无砟轨道谱,结合谱反演验证周期性不平顺表征的合理性。通过拟合谱发现,CRTSⅢ型板的随机不平顺状态最优,CRTSⅠ型板最差。CRTSⅡ型板与双块式的随机不平顺状态相当,这两种板型轨道谱在大多数波段介于CRTSⅠ型板和CRTSⅢ型板之间,与高速铁路无砟轨道谱的分布特征最为接近。

高速铁路钢轨百米周期性不平顺整治技术

针对高速铁路钢轨百米周期性不平顺问题,综合分析既有钢轨打磨技术的优缺点,兼顾打磨效果、天窗时间和经济性,提出以大机快速打磨和小机打磨为主、大机传统打磨为辅的综合整治策略;通过调整小机打磨和大机快速打磨的顺序,设计了两种打磨方案,并选取典型区段进行对比试验。结果表明:小机打磨+大机快速打磨+大机传统打磨、大机快速打磨+小机打磨+大机传统打磨两种打磨方案均可以有效治理钢轨百米周期性不平顺,同时保证了钢轨廓形打磨质量;大机快速打磨+小机打磨+大机传统打磨方案总体打磨效果更优。

重载铁路轨道不平顺谱的分析和表征

轨道不平顺的数学表达对线路状态评估和轮轨动力学分析具有重要意义。计算和分析大秦和朔黄重载铁路2~70 m波长范围内的轨道不平顺谱特征,提出重载铁路轨道不平顺的数学描述,可用于轨道不平顺序列模拟和线路状态评估。数据来源为这两条铁路的高低、轨向、水平和轨距轨道不平顺实测数据。使用小波分析和Welch修正周期图法计算轨道不平顺谱,并与国内外标准轨道谱进行对比;使用多项式拟合算法拟合轨道不平顺谱包络,并使用国内外标准谱拟合公式进行拟合实验对比。最后,给出了发生在钢轨焊缝位置的周期不平顺表达式,并结合轨道拟合谱的逆傅里叶变换方法,对轨道不平顺空间序列进行数值模拟。研究表明:大秦和朔黄轨道不平顺谱的频率和幅度特征基本一致,因此可以使用统一的拟合公式进行拟合;提出的8阶多项式拟合公式能精确地拟合轨道不平顺谱的形状;随机不平顺和周期不平顺的共同表达使轨道不平顺拟合谱的形状和轨道不平顺的数值模拟更为合理和准确。

基于动态短弦的无砟轨道板周期性不平顺管理标准

在分析我国高速铁路普遍采用的板式无砟轨道周期性不平顺几何特征的基础上,针对目前管理标准采用单一阈值卡控轨道不平顺幅值、忽略周期性不平顺等短波不平顺成分的现状,基于弦测法传递函数选择合理弦长;建立验证动力学仿真模型,分析周期性不平顺弦测值变化对车辆动力学性能的影响,提出轨道板周期性不平顺管理标准,并进行实例验证。结果表明:轨道板变形引起的周期性不平顺的波长范围集中在4~7 m;按一定弦长重新输出的动态轨道高低不平顺检测数据与静态弦测结果吻合良好,可替代静态弦测,提高现场检测效率;5 m弦测法的有效检测波段为3~10 m,能涵盖周期性不平顺的波长范围,因此采用5 m弦测量更为合理;基于5 m弦正矢的周期性不平顺4级管理标准,即200~250 km·h-1速度等级下Ⅰ至Ⅳ级分别为5,6,9和12mm,250~350 km·h-1速度等级下Ⅰ至Ⅳ级分别为3,4,6和9 mm;按照提出的管理标准能够有效识别轨道板变形病害所在里程,可为高速铁路检测标准的制定和现场养修工作提供理论依据和指导。

轨道周期性几何不平顺诊断和评价方法

结合描述转向架蛇行失稳的连续多波和广义能量方法,提出一种轨道周期性几何不平顺的诊断和评价方法。首先利用过零点的连续区段轨道几何不平顺极大值和极小值诊断周期性几何不平顺,并采用高通滤波方法对几何不平顺信号进行处理,避免偏移或趋势项对诊断结果的影响。然后引入敏感波长反映周期性几何不平顺的基波,提出利用广义能量指数评价周期性几何不平顺的状态。计算广义能量指数需要用到的关键参数——能量权系数由同步模型和线性回归分析联合产生的放大系数归一化后得到。与传统的评价轨道几何不平顺的标准差指标相比,广义能量指数与车辆动态响应标准差之间具有更强的相关性,避免了在波长非敏感条件下出现车辆动态响应与输入系统的轨道不平顺能量大小不对应的现象。利用某线预设不平顺试验实测的轨道不平顺和车体加速度数据对模型和方法进行验证,结果表明新的诊断方法能准确有效地找出分布在随机信号中的周期性几何不平顺,同时能较好地评价周期性几何不平顺状态,并反映其对车辆动态响应的影响随速度变化而变化的特性。

32m高速铁路简支梁桥铺轨后残余徐变上拱限值研究

运用Midas软件分别建立简支梁桥-CRTSⅡ型板式无砟轨道空间耦合静力学模型和车-线-桥耦合动力学模型,进行32m高速铁路简支梁桥铺轨后残余徐变上拱限值研究。结果表明:桥梁残余徐变变形是影响32m波长周期性高低不平顺的主要因素;随着桥梁残余徐变幅值增加,长钢轨的附加不平顺呈线性增大,桥梁残余变形幅值为10mm时,钢轨的上拱变形量可达9.8mm;行车速度为380km·h^-1、桥梁残余徐变上拱幅值由3mm增加至10mm时,车体的垂向加速度峰值由0.275m·s^-2增加至1.159m·s^-2,旅客乘坐舒适度指标由1.549逐渐增加至3.105;当桥梁残余徐变幅值为8.0mm,在280~380km·h-1车速范围内,旅客乘坐舒适度指标达到3.108,桥梁梁端振动加速度达到5.217m·s^-2,已超出规范限值,因此建议高速铁路32m简支梁桥铺轨后其残余徐变上拱限值按7.0mm控制,为避免残余徐变限值的改变对桥梁设计方案产生显著影响,可通过适当延后铺轨时间保证桥梁残余徐变变形满足限值要求。

不同速度条件下高速铁路动车组振动响应和平稳性分析

动车组车体振动加速度是表征车辆运行状态的重要参数,也是评价车辆平稳性的关键指标。本文基于实车试验和仿真计算数据,研究不同速度条件下动车组车体振动加速度分布及时频域响应特征,得出了车体振动加速度和出现频次之间的函数关系,获取了轮对周长、轨道板长度、简支梁跨度等车体及线下基础设施周期性不平顺激励引起的车体振动响应与动车组运行速度的相关性特征。通过平稳性分析,得出了动车组平稳性和舒适度指标随动车组运行速度提升的变化规律。研究成果可为线路全程舒适性评估和线路方案优化提供支撑。

大温差地区CRTSⅠ型板式无砟轨道层间动态受力特征

大温差地区单元式轨道板受日照影响会产生较大温度梯度,导致轨道板翘曲变形,诱发轨面不平顺,增加高速列车轮轨冲击响应,加速轨道结构损伤。针对这一问题,采用有限元方法,首先建立考虑层间关系的无砟轨道静力分析模型,对大温度梯度下轨道板翘曲变形及轨面周期性不平顺进行分析;然后,建立车辆-轨道系统动力学模型,模拟分析温度梯度作用下无砟轨道层间动态受力特征,研究高速行车条件下无砟轨道真实服役状态。结果表明:温度梯度作用下,轨道板呈椭球形变形趋势,正温度梯度时轨道板中部向上鼓起、4角支承,负温度梯度时轨道板4角翘起、板中支承;温度梯度会导致轨道板与CA砂浆间产生不同程度离缝,板下接触面积减小,高速行车时层间接触面积逐渐增加,但离缝不会完全闭合;负温度梯度对轨道结构振动和砂浆层受力影响较小,正温度梯度影响较大,温度梯度为90℃·m^(-1)时,轨道板振动加速度增大10倍左右,轨道板与CA砂浆层间压力最大值增加6.6倍,板角处CA砂浆应力较无温度梯度下钢轨正下方CA砂浆应力增加5.4倍,正温度梯度下轨道板侧边及4角位置处CA砂浆受力加剧效应显著,是导致该区域CA砂浆出现结构性破坏的主要原因。