基于列车响应的运营期高速铁路桥梁沉降阈值

为保证铺设纵连式无砟轨道的桥梁沉降区运营期内的列车动力性能,基于某高铁线路长期沉降监测数据,分析并归纳了运营阶段桥梁沉降特点,建立车辆-轨道-桥梁动力耦合振动模型,分析不同桥梁沉降形式对列车动力响应影响,并提出运营期间高铁桥梁沉降阈值。结果表明:桥梁差异沉降包括桥墩差异沉降和路桥路基段差异沉降。桥墩沉降主要以单墩、双墩及多墩交叉升降为主;路桥路基段沉降包括过渡段台阶式不均匀沉降和路基余弦型不均匀沉降。列车行驶于单墩抬升区域时引起的列车动力响应最大;路基余弦型不均匀沉降比过渡段台阶式沉降对列车振动更不利。基于列车行车动力响应,综合考虑当桥梁发生5 mm徐变时,铺设纵连式无砟轨桥梁桥墩差异沉降阈值为10 mm,桥后45 m范围内路桥路基段不均匀沉降阈值为8 mm。

单元化后高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构纵向力分布规律研究

针对我国高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道胀板、离缝等病害问题,按照四块板的单元化方案对CRTSⅡ型板式无砟轨道进行单元化处理,建立多跨简支梁桥无缝线路桥梁-轨道耦合模型,研究桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构纵向力分布规律,分析不同弹性模量的宽窄接缝对钢轨纵向力、钢轨位移、轨道板纵向应力及桥梁纵向位移的影响。研究结果表明:(1)当弱连接处弹性模量取15500MPa时,无砟轨道结构整体受力减小,钢轨纵向力、钢轨纵向位移及轨道板纵向应力出现应力、位移突变现象,突变幅值在安全范围之内;(2)单元化时需关注弱连接位置、梁缝处钢轨受力及钢轨的爬行,防止钢轨力变化幅度过大导致钢轨疲劳断裂,在弱连接位置发生较大变形;(3)单元化时,弱连接处填充材料的弹性模量是影响CRTSⅡ型板式无砟轨道结构受力的关键因素;(4)单元化对桥梁整体纵向位移的影响很小,可忽略不计。

U型梁上减振垫浮置板轨道系统动力分析

研究目的:深圳地铁6号线是首条全高架采用"U型梁+减振垫浮置板轨道"系统的地铁快线,为检验是否存在系统共振,考察行车安全性指标和桥梁结构振动情况,本文通过建立车-轨-桥耦合动力学模型,对系统固有频率以及车辆、轨道、桥梁动力特性进行研究,以期指导深圳地铁6号线桥梁、轨道结构设计实践。研究结论:(1) U型梁与减振垫浮置板轨道自振频率相差较大,二者发生低阶共振的可能性较小;(2) U型梁上采用减振垫浮置板轨道以后,行车安全性指标、轨道及桥梁动力学指标均满足规范要求;(3)减振垫浮置板轨道系统可降低桥梁结构振动5～8 d B;(4)本文所采用的系统动力检算方法,既验证了"U型梁+减振垫浮置板轨道"设计方案的合理性,同时也对国内地铁高架线减振设计具有一定的指导意义。

橡胶支座预制浮置板轨道静动力学研究

深圳地铁6号线设计采用双向预应力橡胶支座预制浮置板轨道,为解决轨道结构设计中所存在的预制板强度与系统减振效果两个核心技术问题,建立空间实体模型和车辆-轨道-桥梁耦合动力学模型。对预制板内部配筋进行检算,以保证结构安全;对系统动力学特性进行仿真模拟,以分析系统减振效果。研究结果表明:(1)预制板结构在复杂荷载作用下,能够满足承载力极限状态和正常使用极限状态设计要求;(2)在行车速度100 km/h条件下,橡胶支座预制浮置板板系统减振效果可达10~12 dB;(3)所采用的“静动结合”的检算方法,为深圳地铁6号线轨道设计提供理论支撑。

轨道不平顺波长对桥上CRTS Ⅱ型板式轨道振动特性的影响

轨道不平顺的波长、幅值不同,对车辆—轨道动力响应所起的激扰作用也不同。高速客运专线行车速度高,在严格实行轨道不平顺幅值管理与均值管理基础上,必须考虑轨道不平顺波长对车-轨-桥动力性能的影响,其中轨道不平顺幅值控制较为容易,但波长控制相对更为复杂。基于此,本文利用车辆-轨道-桥梁耦合振动有限元分析模型,以德国高速低干扰轨道不平顺样本作为轨道不平顺激励模型,分析轨道不平顺波长对我国高速客运专线高架轨道结构振动的影响规律。研究结果表明:轨道不平顺对轮轨力的影响不仅体现在幅值上,轨道不平顺的波长分布特性也是影响轮轨相互作用的主要因素之一。轮轨力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度、桥梁振动加速度受随机不平顺的短波长成分的影响显著;减少轨道不平顺中1 m左右的短波长成分是降低轮轨力、控制轨道结构振动响应的有效手段;钢轨振动加速度级、轨道板振动加速度级、桥梁振动加速度级受轨道不平顺短波长成分影响也较大。

轨枕空吊对桥上有砟轨道结构动力响应的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论,将轨枕下部的有砟轨道考虑为弹簧-阻尼系统,假设该弹簧-阻尼系统失效来模拟轨枕空吊状态,建立含轨枕空吊的有砟轨道-桥梁耦合模型.采用Newmark直接积分法求解车辆-轨道-桥梁耦合动力学方程,计算列车通过时轨枕正常状态和空吊状态下轨道结构的位移和加速度,同时对空吊轨枕出现的数量及纵向分布位置对轨道结构动力特性的影响进行分析.对轨枕无空吊状态、单根空吊状态、连续2根空吊和间隔2根轨枕空吊4种工况下轨道结构的动力响应进行分析.研究结果表明:连续2根轨枕空吊影响下轨道响应显著大于其他3种工况,间隔2根轨枕空吊的影响略大于单根轨枕空吊的影响,但差别较小;轨枕空吊对有砟轨道结构动力影响范围沿轨道纵向不超过2跨轨枕间距;随着列车运行速度的增加,轨枕空吊影响下轨道结构位移变化较小,加速度则明显加大,基本呈线性增长.