基于准动态评估的桥上有砟轨道最优级配研究

道砟级配是有砟轨道的重要参数,对桥上有砟道床准动态稳定性和容重有较大影响。通过离散元法建立桥上有砟道床模型,研究各国级配下道床准动态稳定性差异;采用极限思维法,揭示各粒径含量对桥上有砟道床准动态稳定性的影响程度,并对道床容重特性进行初探。结果表明:当桥上道床密度为1.7 g/cm~3时,道床横向阻力值为:俄罗斯B类>中国特级>中国一级>美国4A;大粒径道砟含量越高,道床横向阻力值越大;小粒径道砟含量增加,道床横向阻力值先减小后略有增大;为保证道床具有较高稳定性,建议小粒径道砟含量应大于0但不超过30%,中粒径道砟含量应不为0,大粒径道砟含量应不低于15.5%;采用最优级配区间所建立的桥上有砟道床具有工程上所青睐的道床容重特性。

基于细观解析模型的铁路有砟道床力学特性研究

有砟道床是由碎石道砟组成的一种散粒体结构,道砟颗粒之间的相互作用影响道床结构整体的力学特性。为研究道砟层内部的荷载传递和沉降规律,探明列车行驶过程中道床服役状态演变的机制,基于有限元ABAQUS平台软件,通过编制内部子程序对Chang-Hicher模型进行二次开发,开展道砟集料的常规三轴试验以及碎石道床动力特性试验的数值模拟,从静、动力学角度阐明利用细观解析本构模型模拟道砟力学特性的可行性。进一步利用该模型研究高速列车荷载下道床的动态力学行为,从宏观层面探讨道床不同区域的沉降特征,从细观层面运用玫瑰图来分析道砟间接触力的分布情况和变化规律,分析行车速度和轴重等控制因素对接触力和位移的影响。研究结果表明,列车行驶过程中,荷载作用下方道砟的接触力整体水平最高、枕盒中心处次之,轨枕中心处最小,而这些区域内道砟的竖向位移变化基本相同;行车速度和轴重对道砟间接触力和道床下沉量均呈现正相关关系。

基于离散元的重载铁路有砟轨道阻力特性研究

研究目的:有砟轨道在重载铁路中广泛采用,随着服役时间的增加,在列车荷载反复作用下,道床性能会随之变化,线路阻力呈现动态发展的时变特性。作为求解梁轨相互作用的关键,准确合理地选取线路纵向阻力是保证梁轨相互作用计算准确的前提,关系梁轨系统的正常使用与安全运营。研究结论:(1)颗粒级配由粗到细,纵向线阻力逐渐减小;摩擦系数由小到大,纵向线阻力稍微增加;(2)结合不同级配建立的道床模型模拟出的纵向线阻力-位移曲线,获得纵向线阻力动态演化模型,可知线路纵向阻力由新建线路的阻力29.7 kN/(m·线)演化到破碎充分时的23.6 kN/(m·线),退化幅度约为20.5%;(3)本研究成果可为开展全服役期内重载铁路的梁轨相互作用等相关研究提供关键参数。

考虑路基剪切效应的高速铁路有砟轨道-车辆系统移动元分析

为在现有三层离散支撑梁有砟轨道模型中考虑路基土体间的剪切效应,在Pasternak双参数地基模型基础上对剪切层进行离散处理,采用移动单元法建立了考虑路基土体剪切效应的有砟轨道-车辆耦合动力学模型,将移动单元法与MATLAB相结合,编制计算程序,通过MATLAB数值计算,研究路基剪切效应对车-轨耦合系统的影响,以及轨道不平顺和轨枕空吊对系统动力特性的影响规律。研究结果表明,考虑路基剪切效应时,钢轨、轨枕、道砟的位移响应均有不同程度的减小,并且抑制情况从钢轨到道砟相差逐渐增大,三者的加速度响应也均有较为明显的下降,其对加速度响应的抑制效果从道砟到轨枕依次减小,但钢轨的加速度减幅大于道砟,对轮轨接触力有一定影响,但影响不明显,减幅仅为0.85%;不平顺幅值和波长特性对系统的动力响应会产生显著影响,随着幅值增大和短波成分增加,系统动力响应加剧,其中2 m左右短波不平顺和90%百分位数谱对轮轨动力特性影响显著;列车经过空吊区域时,空吊及周围区域轨道结构动力响应会发生突变,导致系统动力响应超过限值。建立的基于移动单元法的有砟轨道-车辆耦合模型及相关分析可为高速铁路的振动分析提供参考依据。

冲击式人工捣固装置对有砟道床作用效应及质量状态影响研究

人工捣固作业是实现小区段线路日常养护维修的重要方式之一,可有效改善轨道几何形位、缓和线路不平顺、保证列车运行安全性。然而目前人工捣固装置进行养护维修作业主要依赖现场工人的工程实践经验,缺乏相关理论研究。为研究有砟道床人工捣固装置作业工作机理,借助离散元素法(DEM)-多体动力学(MBD)耦合方法,建立人工捣固装置-轨枕-有砟道床耦合仿真模型,并在现场开展人工捣固作业前后横向阻力试验,验证了模型的可靠性,分析人工捣固作业对道砟颗粒接触力及道床密实度的影响。结果表明:人工捣固作业会使道床横向阻力降低19.51%,道床横向稳定性减弱;捣入阶段会使道砟间接触力分布发生明显变化,其中,水平平面接触力分布由近似圆形向椭圆形变化分布,纵向平面接触力则由半圆形向花束形变化分布,颗粒间接触关系不断变化,逐步建立新的稳定传递关系;捣固作业会使道砟颗粒受迫运动,使枕盒及砟肩处密实度降低。因此,在人工进行捣固作业后应及时补填枕盒处道砟颗粒,并对砟肩处道砟进行拍实。

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。

有砟与无砟轨道系统隧底上拱变形传递规律

在分析不同成因上拱变形隧道力学环境基础上,构建隧底荷载作用下有砟与无砟轨道的隧底上拱变形传递模型,获得这种变形向轨面的传递规律,并建立隧底荷载与变形传递比的函数关系。结果表明:上拱变形在初支底面—填充层表面传递时,幅值减小,波长增大;在道床表面—轨面传递时,幅值和波长均减小;上拱变形在道床内传递时,有砟道床的波长和幅值均减小,无砟道床则波长增大,幅值基本不变;隧底荷载的大小及纵向分布长度变化会使幅值传递曲线整体平移,且荷载大小主要改变波长变化速度,而荷载纵向长度则主要改变初始波长;在大小低于250 kPa、长度超过27.8 m的隧底荷载作用下,选用有砟轨道更易控制轨面幅值和轨面波长;当荷载大小超过250 kPa或长度小于27.8 m时,选用无砟轨道更易控制轨面幅值和波长。

新建有砟高速铁路精捣各阶段轨道平顺性 改善区间回归分析

结合我国一新建高速铁路有砟轨道精捣维修实例,梳理了有砟高速铁路精捣作业流程及施工要求,收集了多个精捣作业阶段的轨道动态检测数据,提出了一种基于扩充样本量的Bayes Bootstrap方法,统计分析了新建高速铁路精捣作业各阶段轨道质量指数(Track Quality Index,TQI)、高低、轨向、水平、三角坑的均值及其置信水平为95%的置信区间上下限,并采用对数函数拟合了各阶段轨道平顺性数据均值和置信区间上下限的回归曲线。选取同一线路不同里程区间的实测数据进行了效果验证。结果表明:各作业阶段的实测TQI平均值均位于回归分析得到的TQI改善区间内,回归分析结果可以反映同一线路条件下精捣各阶段轨道平顺性改善趋势的一般状态;当TQI高于改善区间上限时,须提升精捣作业质量。

银西有砟高速铁路数字化捣固作业及效果评估

以新建银西有砟高速铁路轨道精调精捣工作为背景,对连续快速测量、大机作业针对性控制等关键环节开展研究,建立“人机网”数字化捣固作业体系,分析了静态、动态轨道平顺性改善效果,并对捣固效果进行了动力学评估。结果表明:采用激光定位仪+惯导组合测量方式可在保证测量精度的前提下提高测量效率;通过对大机作业针对性控制、方案平顺性约束等方法,对各阶段不同捣固大机制定针对性方案,可有效提高精捣作业效果。数字化捣固作业后,区段动检轨道质量指数(Track Quality Index,TQI)均降至2.5 mm以内,水平、三角坑、轨向、高低等偏差显著降低,多数指标改善率在50%以上,有效提高了线路平顺性;脱轨系数、轮重减载率分别降低约60%、70%,车体垂向振动加速度降幅达80%,有效改善了运行舒适性和安全性。

铁路有砟轨道智能铺轨成套装备及关键技术研究

随着我国铁路建设的蓬勃发展,传统的铺轨方式面临着效率低下的问题。为了实现铁路施工的机械化、绿色化和智能化发展,提出了智能铺轨方式。文章深入研究了铁路有砟轨道智能铺轨成套装备的8项技术创新,包括铺轨机组自动巡航走行定位技术、新型长钢轨牵引车、扣件智能安装车、有砟轨道智能捣固、钢轨焊接绿色技术、移动式钢轨中频正火作业车、自动化精磨机和钢轨闪光焊远程监控诊断系统等。

基于离散元-有限差分耦合的轨枕垫对有砟道床横向阻力的影响机制

轨枕垫(USP)因其良好的减震性能已广泛应用于铁路轨道结构,现有研究大多集中于USP对轨道结构刚度和振动响应的影响,但对有砟道床横向阻力影响的研究很少。为深入分析USP对道床横向阻力的影响并揭示其作用机理,建立轨枕-USP-有砟道床-路基三维系统的精细化离散元-有限差分(DEM-FDM)耦合数值模型,采用典型重载铁路有砟道床横向阻力现场实测结果对模型进行标定和验证,进而模拟分析不同工况组合下USP对轨枕不同位置处(枕底、枕侧和枕端)的横向阻力、道砟颗粒运动和粒间接触力等宏微观指标的影响机制。研究结果表明:在相同的轨枕横向位移下,相较于无USP的轨枕,带USP的轨枕其枕底道砟颗粒运动范围更大,横向阻力也更大,且横向阻力增加部分主要来源于枕底USP的不平整性;USP刚度越大,道床横向阻力也越大;采用USP可增加枕底的横向剪应力和最大法向接触力,且两者数值均随USP刚度的增大而增大。

城际铁路曲线地段梯形轨枕有砟轨道动力性能分析

围绕梯形轨枕有砟轨道在城际铁路中适应性问题,测试城际列车以80~176 km/h通过半径为1432 m曲线地段时梯形轨枕有砟轨道系统动力性能指标,对比梯形轨枕有砟轨道和普通Ⅲ型枕动力性能。运用车辆与轨道动力相互作用原理和有限元方法建立曲线地段梯形轨枕有砟轨道动力学模型,进一步评估城际列车以不同速度通过时的行车安全性及舒适性。研究结果表明:(1)列车实际通过曲线地段梯形轨枕有砟轨道时的安全性和轨道结构稳定性均满足规范要求;(2)梯形轨枕有砟轨道较普通Ⅲ型枕有更良好的减振性能,车速从80提高至176 km/h时,减振效果从8.3降低至6.2 dB;(3)考虑道床横向阻力非线性特性的车辆与轨道动力相互作用分析表明,随着车速增大,梯形轨枕有砟轨道动力响应增大,列车运行安全性和舒适性均降低,但仍满足规范要求,其中车辆与轨道的横向动力响应受车速影响更为明显。

重载铁路有砟道床捣固作业参数的合理取值

根据朔黄铁路(朔州—黄骅)大型养路机械捣固作业实际情况,建立捣镐群和有砟道床的耦合模型,模拟大型养路机械捣固作业,分析捣固参数(捣镐振动频率、插镐速度、插镐深度)对道床密实度、道砟配位数、道床垂向刚度的影响,进而确定捣固参数的合理取值。结果表明:与捣固前相比,捣固后道床状态参数有所增加,道床密实度增幅在11.34%~13.21%,道砟配位数增幅在0.72%~4.34%,道床垂向刚度增幅在6.56%~64.27%,说明在一定范围内改变捣固参数对道床密实度和道床垂向刚度的影响比较明显,而对道砟配位数的影响不大;捣镐振动频率、插镐速度、插镐深度均主要影响道床垂向刚度;朔黄铁路捣固作业参数的合理取值为捣镐振动频率35 Hz,插镐速度1.0 m/s,插镐深度25 mm。

弹性轨枕与道砟垫组合有砟轨道结构减振效果分析

以西安地铁16号线一期工程沙河滩车辆段规划上盖小学建筑区域为工程背景,开展不同车速下轨道结构减振响应现场测试,并与普通碎石道床进行对比,利用分频振级和最大Z振级两种评价指标研究弹性轨枕与道砟垫有砟轨道结构的组合减振效果。结果表明:采用弹性轨枕减振垫碎石道床时,曲线地段钢轨和轨枕的垂向加速度比直线地段有明显增大,而地表加速度差别不大;随着列车速度增大,钢轨、轨枕和地表的垂向加速度总体呈增大趋势,曲线地段加速度变化波动明显,建议该曲线地段列车运行速度小于15 km/h;弹性轨枕减振垫碎石道床减振频段为4~100 Hz,与普通碎石道床相比,两种减振指标条件下弹性轨枕减振垫碎石道床的减振效果均达12 dB以上,减振效果良好。

地铁车辆段有砟道床曲线整正技术研究

基于工程实例,提出一种基于最小方差原理的拨道量优化算法,以更有效地控制曲线正矢。研究道砟捣固作业对线路稳定状态的影响,总结提出道砟捣固质量控制措施。从传统简易拨道算法和拨道量优化算法在现场实际施工中的应用来看,传统拨道算法对轨向不平顺的控制不稳定,受人为计算因素影响大,计算次数多;而拨道量优化算法基本只需要一次计算就能达到较为理想的效果。采取合理的捣固质量控制措施有助于保持轨道短期稳定,延长平面曲线劣化周期,轨道状态的长期劣化趋势也优于普通拨道捣固作业。

大坡道有砟轨道智能铺轨技术

针对铁路工程有砟轨道铺轨施工,分析了现有TCM60铺轨机单枕连续铺设法存在的弊端。为提高有砟轨道铺轨的智能化施工水平,开展了一系列设备及技术的研发工作,形成了成熟的有砟轨道智能铺轨施工技术,完成了铺轨工程。该研究可为今后类似工程提供理论基础与实践经验。

再生复合轨枕有砟轨道疲劳试验

为探究再生复合轨枕有砟轨道的疲劳特性,建立了有砟轨道结构足尺模型,开展疲劳试验,测试并分析了不同荷载循环次数下的钢轨-轨枕相对位移、轨距、轨枕-道床垂向相对位移和道床下沉量等参数及其变化规律。研究结果表明:所测试的参数均随荷载循环次数的增加而变化,当荷载循环次数达到150万次后趋于稳定;再生复合轨枕具有良好的弹性,减小了道床下沉量;再生复合轨枕有砟轨道300万次疲劳荷载后仍能保持良好的轨道状态,具有良好的耐久性。

铁路有砟轨道长轨铺设施工关键技术的应用研究

常规的铁路有砟轨道长轨铺设施工技术,主要使用无缝线路连接法拼装不同轨节,易受应力分散作用影响,导致铺设后的轨道不满足施工质量标准,基于此,设计一种全新的铁路有砟轨道长轨铺设施工技术。实例分析结果表明,设计的铁路有砟轨道长轨铺设施工技术的施工效果较好,满足施工质量标准,具有可靠性,有一定的实用价值。

捣稳作业模式对重载有砟道床状态的影响

道床清筛后进行捣固和稳定作业,是确保施工线路恢复正常行车的重要措施。重载铁路清筛施工中常用“三捣两稳”和“四捣三稳”作业模式。为从理论上了解2种作业模式的作用效应,建立清筛后有砟道床离散元模型,模拟大型养路机械捣固和稳定作业,分析2种作业模式对有砟道床密实度、垂向刚度、横向阻力等力学特性的影响。结果表明:通过捣固和稳定作业,有砟道床状态得到全面提升。在“三捣两稳”和“四捣三稳”作业模式下,道床密实度由50.25%分别提升至58.61%、59.65%;道床垂向刚度由15.70 kN/mm分别提升至50.09 kN/mm、60.15 kN/mm;道床横向阻力由2.546 kN分别提升至3.672 kN、3.465 kN。

有砟高铁联调联试工务工程机具选择研究

分析有砟高铁线路联调联试中工务工程主要工作与机具设备的关系,提出主要施工机具的选择参考,为制定高效的施工方案以及人力机具组织提供依据。