三维周期有砟轨道结构弹性波传播特性及波叠加法试验验证

为探究高速铁路有砟轨道结构中的弹性波波动行为,基于周期结构理论,采用广义平面波展开法,建立包含道砟在内的三维周期有砟轨道结构模型。然后,进行波叠加法的推导,从试验的角度反演弹性波的传播规律,验证三维轨道模型的正确性。在此基础上,计算并分析结构的能带分布以及道砟结构参数对轨道结构弹性波传播的影响。结果表明:广义平面波解析法与波叠加试验方法得到的能带分布结果基本吻合,所采用的方法正确可靠;三维有砟轨道低频阶段存在0~62,63~138,160~169和181~224 Hz共4个局域共振带隙;道砟对轨道结构频散特性的影响主要集中在低频阶段,提高道砟剪切刚度会增强结构在带隙频段内的衰减能力,剪切刚度从50 kN·mm^(-1)增至90 kN·mm^(-1),频带隙的总宽度则从180 Hz减至170 Hz,带隙宽度减小率不断提高;道砟参振质量主要影响2阶、4阶带隙的宽度,单个道砟参振质量考虑为500 kg时低频带隙宽度最大,对振动的衰减量也最大,而当它从500 kg增至800 kg时低频带隙总宽度则减小8.9 Hz。

35～40 t轴重重载铁路有砟轨道结构方案及试验研究

基于国外重载铁路现状,并结合前期研究成果,提出了35~40t轴重重载铁路有砟轨道结构方案。在高速铁路轨道技术国家重点实验室铺设了有砟轨道实尺模型,通过轨道结构刚度试验、荷载垂向传递试验获得了35~40t轴重有砟轨道的轨道刚度、枕上支点压力、枕下0.55m和0.95m位置基床压应力;通过钢轨倾翻试验得知轨道结构在垂向荷载400 kN、横向荷载165 kN同时作用下,重载扣件安全可靠,轨道结构稳定,验证了该轨道结构具有良好的防钢轨倾翻性能;通过轨枕荷载弯矩试验验证了重载轨枕在垂向荷载单独作用、垂向和横向荷载耦合作用等不同的荷载组合工况下,轨下截面弯矩以及枕中截面弯矩均有一定的安全余量,轨枕强度能够满足35~40t轴重铁路的承载要求。

周期性有砟轨道结构垂向弯曲振动波复频散分析

轨道结构的周期性特征对于其内振动波的传播具有滤波特性,开展频散分析对于了解轨道结构的振动传递特性具有重要意义。鉴于此,以有砟轨道结构为研究对象,基于虚拟弹簧模型和能量泛函变分原理提出了能够考虑阻尼因素与材料频变效应的轨道周期结构复频散计算新方法。通过与既有文献结果对比验证了文章方法的准确性,并利用该方法分析了扣件刚度频变效应、扣件阻尼和道砟阻尼对轨道结构振动波复频散特性的影响规律。研究结果表明,刚度频变效应及扣件、道砟阻尼对于振动的衰减域及衰减速率有着较大的影响,轨道结构振动传递分析中必须予以考虑。

基于能量泛函变分原理的三层有砟轨道垂向振动带隙分析

客货混运铁路在我国分布较广且具有明显周期特征,研究其弹性波传播特性对于轨道结构振动控制具有重要意义。以有砟轨道结构为研究对象,建立三层周期性有砟轨道结构,并提出一种基于能量泛函变分原理和平面波级数展开的混合方法,用以求解轨道结构的带隙特性。与有限元软件COMSOL仿真结果对比验证了混合方法的准确性。此外,还研究了刚度对带隙起止频率的影响规律,并从机理上解释了其成因。所提出的能量-平面波级数混合方法主要从能量的角度进行分析,为周期性轨道结构弹性波传播特性的求解提供了新的思路。

35~40 t轴重轨道结构关键参数优化

为适应国际重载铁路的建设和运营需求,以中国铁道科学研究院集团有限公司提出的35~40 t轴重重载铁路有砟轨道结构方案为基础,结合几内亚西芒杜铁路的运营条件及设计参数,参考国内外规范要求,探讨优化方案。经计算分析,在轨枕间距、道床断面参数方面进行了一定的优化。轨枕间距由600 mm优化为625 mm;道床厚度由350 mm优化为300 mm;砟肩宽度由400~500 mm优化为300~400 mm;边坡坡率由1∶1.75优化为1∶1.50。优化后的方案轨枕、道砟使用量均有一定程度减少,在保证铁路运输安全的前提下可节约铁路建设成本,减轻投资压力。