基于离散元法的轨枕空吊整治作业参数优化

为了更好地对轨枕空吊进行整治,采用离散元法建立模型,研究捣固、稳定作业参数对轨枕单侧空吊道床整治效果的影响,对各作业参数进行优化设计。结果表明:捣固作业能够有效地将道砟填充至空吊区域,同时会使原本稳固的道床变得松散,而稳定作业能使松散道床更加密实,提高道床稳定性;对轨枕单侧空吊道床进行捣固作业时,建议捣镐振幅采用7 mm,捣镐频率采用25 Hz,插镐深度采用35 mm,插镐速度采用1.6 m/s;捣固作业完成后,对轨枕单侧空吊道床进行稳定作业时,建议垂直下压力采用25 kN,水平激振频率采用30 Hz。

非对称轨枕空吊对钢轨力学行为影响规律研究

为研究非对称轨枕空吊激励下的轮轨力学行为,以我国典型有砟线路和服役车辆为参数建立轮轨动力学模型,采用基于Winker弹性地基假设的钢轨挠曲位移解析解验证模型输出的可靠性,并模拟分析车辆以运行速度200 km·h-1通过1~3根非对称空吊的轨枕时轮轨垂向力及钢轨最大挠曲位移与空吊量之间的映射关系。结果表明:各计算工况中均存在临界空吊量,空吊量小于临界空吊量时钢轨最大挠曲位移随着空吊量的增大而增加,增加的幅度与空吊轨枕的个数相关,而大于临界空吊量时钢轨最大挠曲位移和轮轨垂向力趋于稳定;非对称空吊因左右股轨下基础等效支承刚度差异而造成轮对增载或减载现象,1~3根单侧空吊时最大轮重减载率分别约为9.54%,20.3%和28.2%,双侧空吊时轮重减载量减小,但钢轨最大挠曲位移增大。研究结果可为轨枕空吊区轮轨力学行为及轨道不平顺动静态差异分析和病害检测提供参考依据。

轨枕空吊对轨枕动态性能的影响

为研究轨枕空吊对轨枕动态响应的影响,建立了车辆-轨道垂向耦合动力学模型.假设车辆模型为多刚体系统,用Euler梁模拟离散支撑的钢轨,轨枕视为弹性地基上的Euler梁,利用显式积分法求解车辆-轨道非线性动力学方程.结果表明:当轨枕部分悬空或完全悬空时,影响轨枕最大弯矩的位置;轨枕空吊数目越多,轨枕的弯矩越大;轨枕底座的完全悬空对邻近空吊区的轨枕动态行为影响较大.

有砟轨道路基不均匀沉降引起轨枕空吊的计算方法

在通过1∶1有砟轨道模型试验分析轨枕空吊对路基不均匀沉降引起有砟轨道沉降影响规律的基础上,基于弹性点支承理论模型,引入路基不均匀沉降非线性边界条件,提出路基不均匀沉降引起轨枕临界空吊计算方法。结果表明:当路基的纵向不均匀沉降槽面积较小且未引起轨枕空吊时,轨面与路基不均匀沉降槽的面积比为1;随路基不均匀沉降增加,当面积比小于1时,将出现轨枕空吊现象,面积比将随路基不均匀沉降增加而减小。将该计算方法应用于模型试验中,通过对比轨枕空吊计算结果与试验结果,对计算方法进行验证。

重载铁路轨枕空吊对轮轨动力相互作用的影响研究

为研究轨枕空吊对重载铁路货车与轨道动态相互作用的影响,针对具有二系悬挂的重载货车,在充分考虑非线性作用力基础上,建立了重载货车-轨道耦合动力学模型。在此基础上,研究了轨枕空吊状态下轮轨系统的动力响应;分析了完全空吊和非完全空吊条件下,列车运行速度和空吊轨枕结构参数对轮轨动力性能的影响。结果表明:轨枕空吊破坏了轨道结构支承的连续性,导致轮轨间动态相互作用加剧,尤其是在完全空吊条件下,轮轨垂向力随空吊数量的增加与列车运行速度的提高而显著增大;轨枕空吊还会影响其前后毗邻的正常轨道结构的动态特性;轨枕完全空吊与轨道不平顺的共同作用会加剧轮轨动态作用;轨枕两端支撑间隙不一致时,也会恶化轮轨动态作用。

轨枕空吊对有砟道床动力稳定性能的影响

在实验室内搭建有砟轨道轨枕空吊试验模型,测试不同空吊高度工况下的道床横向阻力,并采用落轴冲击激励有砟轨道,研究轨枕空吊对有砟道床稳定性能和动力性能的影响。结果表明:轨枕空吊时道床稳定性显著下降;落轴激励后,空吊高度30、60、90 mm时道床横向阻力增幅分别为37.43%、12.25%和18.23%,无空吊轨枕的道床横向阻力基本保持不变;轨枕振动主频出现在670 Hz处,101 Hz处的一阶刚性振动模态频率对无空吊轨枕的影响显著;轨枕连续空吊时,在0~450 Hz频率内有砟道床的减振性能优于高频;在实际线路的维护中,可通过道床横向阻力与轨枕振动响应相结合的方式来判断有砟道床是否存在轨枕空吊。

轨枕空吊对有砟道床动力特性影响的离散元分析

为研究轨枕空吊对有砟道床动力特性的影响,建立有砟轨道的离散元分析模型。通过缩小与枕底相接触的道砟颗粒的粒径实现了轨枕空吊的模拟,研究了轨枕空吊状态下有砟道床的动力响应,分析了轨枕空吊形式和空吊数量对有砟道床动力响应的影响。结果表明:轨枕空吊会使得道床中道砟颗粒接触力发生重分布,空吊轨枕所在道砟箱中强力键的个数会减少,两侧相邻道砟箱中强力键的个数会增多,轨枕非完全空吊时在列车荷载作用下会对道床产生冲击作用而增大部分道砟颗粒受力;空吊轨枕会失去对其下方道砟颗粒的约束作用而导致道砟颗粒振动的离散性增加,同时会增大轨枕盒中道砟颗粒的振动并显著提高两侧相邻轨枕下方道砟颗粒的振动水平;轨枕空吊会增大轨枕侧面与道砟颗粒之间的摩擦耗能,引起道砟出现"泛白"现象,同时还会增大两侧相邻轨枕下方道砟颗粒之间的摩擦耗能;3根轨枕连续完全空吊对道床动力响应的影响大于1根轨枕完全空吊的影响。

轨枕空吊对钢轨焊接不平顺区轮轨接触的影响

采用显式有限元法建立考虑有砟道床非线性支撑的三维轮轨瞬态滚动接触模型,于时域内再现轨枕空吊和钢轨焊接接头不平顺共同激扰下的轮轨滚动接触行为,研究了轨枕的空吊间隙和数量对焊接不平顺区轮轨瞬态相互作用的影响。结果表明:轨枕完全空吊会进一步加剧焊接不平顺区的轮轨冲击效应,进而加大了钢轨表层材料的屈服变形,且屈服程度随空吊轨枕数量的增长而增长;焊接接头处2根毗邻轨枕完全空吊条件下,法向轮轨力、瞬态接触应力、接触斑面积和von Mises等效应变等轮轨接触参数较无轨枕空吊时分别增长14.5%、4.2%、8.5%和6.7%,轨面垂向位移的增幅达到72.0%,而接触斑内黏着与滑移区比例的变化则相对较小;当焊接接头处1根轨枕的空吊间隙超过1.0 mm或2根毗邻轨枕的空吊间隙超过1.3 mm时,前述轮轨接触参数会随着轨枕空吊间隙增长而增长迅速,直至出现轨枕完全空吊现象。

既有线顶进桥涵路桥结合部轨枕空吊的改善对策

既有线顶进桥涵工程路桥结合部的轨枕空吊问题,一直是线路"久治不愈"的病害。通过对路桥结合部轨枕空吊问题的分析研究,提出改善轨枕空吊的对策,以确保线路的平顺性,更好地满足快速重载列车的安全要求。

轨枕空吊动态演变规律

在车辆-轨道耦合系统动力学模型和道床沉降模型的基础上,提出了一种基于迭代计算的预测方法,对轨枕局部空吊后的动态演变过程进行了合理的预测.结果表明:当轨枕单侧轨底处出现局部空吊时,空吊区域的承载力明显降低,而与之相邻区域承受的车辆载荷增加,导致相邻区域轨枕空吊间隙发展较快,从而形成空吊区域由轨枕两端轨底处向轨枕中心扩展的动态演变过程;随着轨枕空吊区域的不断扩大,整根轨枕的承载力大幅降低,大部分列车载荷主要由相邻未出现空吊的轨枕承担,因而轨枕的空吊发展程度逐渐趋于平缓,最终大部分区域存在1.5 mm左右的空吊间隙.

改善既有线顶进涵线桥接合部轨枕空吊状况的对策初探

既有线顶进涵箱体两侧线桥接合部的轨枕空吊病害是目前平改立施工给线路造成的一种普遍的而且较难解决的病害。文章分析此种病害的产生原因并提出整治措施。对比试验结果表明 ,整治效果很好。

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.

空吊轨枕对轨道结构的动力影响分析

基于车辆-轨道耦合动力学理论,对车辆通过空吊轨枕轨道段时轮轨系统的动力响应进行了数值仿真计算。分析了轨道结构由于轨枕空吊而产生的动力响应变化,研究了车辆通过空吊轨枕轨道段时轨道结构动力响应的速度效应。研究结果表明:车辆通过空吊轨枕轨道段时,轮轨动力作用急剧增大,钢轨和轨枕垂向位移也随之增大,毗邻轨枕处的枕上压力和道床顶面压力增幅明显;连续空吊轨枕越多,轮轨动力作用越大,对轨道结构的破坏也将越严重;随着速度的提高,空吊轨枕产生的动力影响更加显著。

路基不均匀沉降下列车-有砟轨道-路基三维耦合系统动力响应分析

基于多体动力学与有限单元法建立列车-有砟轨道-路基三维耦合系统精细化数值模型,并提出一种新的迭代方法,将路基余弦型不均匀沉降作为位移边界条件,通过判断轨道结构与路基结构间的接触状态,研究路基不均匀沉降和列车荷载共同作用下的轨道结构伴随性变形,计算列车动力响应、轮轨接触力和轨枕与道砟间的接触力等,进而模拟分析不同波长和幅值的不均匀沉降对上述动力响应和轨枕空吊等病害的影响,揭示路基不均匀沉降与钢轨变形之间的映射关系。研究结果表明:轨道结构伴随性变形随路基沉降幅值的增大而增大,且在一定沉降范围内引发轨枕空吊等病害;耦合系统结构动力响应随路基沉降幅值的增大而增大;随沉降波长增大,轮重减载率和轮轨力减小,而车体竖向加速度呈现先增大后减小的变化趋势,并存在10 m左右的敏感波长使得车体竖向加速度最大;路基不均匀沉降可加剧轨枕和有砟道床间的相互作用,进而加剧沉降发展。

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。

基于DEM-MFBD方法的有砟轨道路基不均匀沉降影响分析

针对有砟轨道路基不均匀沉降现象,开展有砟轨道结构整体变形分析。基于离散元—多柔性体动力学耦合方法(DEM-MFBD),建立了一种简化的2.5维有砟轨道耦合模型,并将其用于有砟轨道细观力学特性研究。基于此耦合模型特性,提出荷载及刚度折减方法,对不同路基沉降波长、幅值下有砟轨道结构整体受力变形进行计算分析,在此基础上研究路基不均匀沉降对轨枕空吊的影响规律。结果表明:路基沉降幅值和波长的增加均导致轨道不平顺明显增大,并促使道床应力集中位置外扩;钢轨沉降面积与路基沉降面积的比值(S_(1)/S_(0))可以反映轨枕空吊情况;路基沉降幅值为10~15 mm时出现轨枕空吊,建议沉降限值不超过10 mm,以便工务部门控制轨枕空吊和轨道不平顺等病害。

路基不均匀沉降对有砟轨道沉降影响的模型试验

为研究路基不均匀沉降对有砟轨道沉降变形的影响,设计了1∶1有砟轨道模型试验系统.通过人为设定的空隙模拟路基不均匀沉降,采用激振器模拟列车振动荷载作用,研究了在有砟轨道变形稳定后,轨枕空吊前后路基不均匀沉降对有砟轨道沉降变形的影响.试验结果表明,余弦型路基不均匀沉降引起的轨道沉降变形曲线可用余弦型函数描述;当路基的纵向不均匀沉降槽面积较小且未引起轨枕空吊时,轨面与路基纵向不均匀沉降槽的面积比为1,并据此明确了轨枕不发生空吊情况下路基不均匀沉降与有砟轨道轨面沉降变形之间的计算关系及其主要影响因素;随着路基不均匀沉降继续增加,当轨面与路基纵向不均匀沉降槽的面积比小于1时,有砟轨道将出现轨枕空吊现象,并且面积比将随路基不均匀沉降的增加而减小.

TLV移动加载下轨道结构不良状态仿真识别

针对我国轨道加载试验车(Track Loading Vehicle,简称TLV)加载测试时无法系统识别轨道不良状态的问题,在充分考虑TLV移动加载为恒载的前提下,通过建立TLV—高速板式无砟轨道/重载有砟轨道—路基动力学耦合模型,研究TLV移动加载经过轨道薄弱区段时轨道结构的动态特性,得出了砂浆离缝、道床板结、轨枕空吊等轨道结构不良状态的识别特征,可为我国利用TLV识别轨道病害、指导轨道养护维修提供理论依据。

基于支持向量机的轨道结构病害识别研究

轨道结构作为承载列车载荷的关键部件,一旦出现病害将直接影响列车的行驶安全。针对这一问题,文中提出了一种基于支持向量机的轨道结构病害识别方法。该方法利用时域统计和离散小波变换对轨道结构不同工况,例如正常状态、轨枕空吊、道床板结下轨枕振动加速度数据进行联合特征提取,降低了数据的维度,为病害识别提供了可能。该方法还利用支持向量机算法对特征向量进行识别,并采用网格搜索方法对支持向量机参数进行选优,识别准确率在85%左右。实验结果表明,所提方法可以对不同程度的轨枕空吊及道床板结病害进行较好地识别,为轨道结构故障在线预警提供技术基础。