弹性支承块式无砟轨道支承块的合理埋深研究

弹性支承块式无砟轨道系统在世界各国铁路和城市轨道交通建设中得到广泛应用,文中建立了弹性支承块式无砟轨道支承块埋深有限元分析模型,探讨了设计速度200 km/h、250 km/h、300 km/h客运专线,以及初期兼顾货运或客货共线快速铁路支承块埋深对轨头横移的影响。计算表明:弹性支承块式无砟轨道支承块埋得越深,轨道抵抗轮轨横向变形的能力越强。从轨道几何形位变化评判角度,弹性支承块式无砟轨道可应用于设计速度200 km/h客运专线或设计速度200 km/h客货共线铁路,弹性支承块式无砟轨道支承块合理埋深应在130 mm以上。

高寒地区高速铁路路基无砟轨道支承层施工技术

针对高寒地区的施工条件,结合高寒地区无砟轨道支承层施工技术的施工特点与作业原理进行分析,通过研究施工前的准备、放线控制测量、材料拌和要点、混合材料运输、摊铺作业、人工修边操作、结构养护等高寒地区技术施工的控制要点,目的在于提升高寒地区高速铁路路基施工质量,延长该区域高速铁路路基的使用寿命。

弹性支承块式无砟轨道支承块破损原因分析

针对在隧道内弹性支承块式无砟轨道运营初期容易出现支承块边角开裂、掉块等问题,运用有限元软件建立弹性支承块局部受力模型,分析了道床顶面混凝土高于橡胶套靴帽时,支承块在列车荷载作用下与道床板顶面碰撞的应力分布。计算结果表明:当道床顶面与支承块靴帽边缘空隙不足时,支承块所受拉应力为2.55 MPa,容易出现受剪开裂等破损现象。施工时,必须保证浇筑道床板混凝土时支承块露出部分底面高于道床顶面1 mm以上,支承块才不会受剪切破坏开裂。

平曲线上大调整量弹性支承块式轨道结构动力响应规律分析

基于车辆-轨道耦合动力学及有限元方法,采用ABAQUS®-MATLAB®联合仿真技术,建立车辆-钢轨-弹性支承块式无砟轨道耦合动力学模型,研究不同的车辆类型在多种平曲线线型条件下大调整量弹性支承块式无砟轨道的动力响应特性,分析并评估弹性支承块式无砟轨道用于小半径曲线线路条件的适用性和可行性。研究结果表明:轨下垫板高度的调整对各项指标的影响比支承块帽檐高度调整对各项指标的影响小,当调高从-60 mm增加到60 mm时,轨距扩大量增幅达到了235.00%,当且仅当在调低或调高轨下垫板高度时,轨距扩大量才会发生明显变化;随曲线半径减小,轨距扩大、行车安全性、稳定性等指标随之增大;小曲线半径对支承块的轨距保持能力具有较大影响,当半径减小到2 800 m时,轨距扩大量相比于半径5 000 m的增大了67.50%;与客车相比,当货车运行至小半径曲线路段时,轨距扩大量具有明显的增大趋势,在相同运行条件下,相比于客车的轨距扩大量,货车的轨距扩大量增幅达到110.45%。总体而言,在不同曲线半径、支承块调高情况下,列车运行各项安全性、稳定性及轨距扩大量等指标均在规范规定的安全限值以内,总体来看轨道几何保持能力良好;在实际工程中,当列车尤其是货车经过小曲线半径路段时,应尽量降低行驶速度,以避免困难路段所带来的影响行车安全性、稳定性等隐患。

重载和客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道快速换块关键技术

为选取合适的弹性支承块式无砟轨道抬轨换块施工参数,建立有限元模型,研究了抬轨点间距、扣件松开长度、抬轨量以及施工轨温与锁定轨温的温差对轨道结构变形和受力的影响,明确各参数最佳取值,提出存在空吊、离缝、套靴积水等病害的弹性支承块式无砟轨道快速换块施工方法,并在现场进行应用。结果表明:抬轨点间距宜取1.2~3.6 m,此时钢轨弯折变形较小,且钢轨拉力和扣件上拔力较小;抬升点间距每增加1.0 m,温差限值增加1℃。抬轨量16 cm,抬轨点间距1.2 m时,扣件松动长度宜大于31.8 m;温差每升高1℃,扣件松开长度应减少2.4 m。钢轨最大拉应力和扣件最大上拔力随抬轨量增加而增大,抬轨量每增加1 cm,钢轨最大拉应力增大0.66 kN,扣件最大上拔力增大0.075 MPa。

弹性支承块式无砟轨道钢轨抗倾翻性能全参数化计算方法

列车通过弹性支承块式无砟轨道时,扣件和弹性支承块的弹性叠加容易使钢轨倾翻角和轨头横移量显著增大,导致动态轨距扩大,进而影响列车运行的安全性和平稳性。综合考虑轮轨激励形式及其载荷作用关系(包括轮轨垂向力的准静态成分、动态成分及其作用位置、轮轨水平力及其作用位置以及钢轨廓形等)、扣件系统力学特性及其几何参数(包括扣件系统的垂向及横向刚度和阻尼以及外形尺寸等)、弹性支承块力学特性及其几何参数(包括弹性支承块的各向刚度、模量、泊松比以及外形尺寸等),建立准确的力学分析模型和几何关系模型,全面清晰地表征了弹性支承块式无砟轨道结构受力特点。基于力矩平衡计算原理,提出弹性支承块式无砟轨道钢轨抗倾翻性能全参数化计算方法,根据单节点实尺模型残余变形试验对理论计算结果进行修正,若考虑消除初始装配间隙影响,支承块间距扩大理论计算值增加0.04 mm加以修正,轨距扩大量应增加0.2 mm加以修正,通过对比分析计算结果、单节点实尺模型试验结果与传统实体有限元模型仿真结果,证明数据吻合度极高。分析与计算结果表明,本文提出的全参数计算方法与单节点实尺模型试验结果、实体有限元模型仿真结果吻合程度良好;利用本文所提出的弹性支承块式无砟轨道钢轨抗倾翻性能全参数化计算方法,可以高效准确地开展多参数敏感性分析;能够为不同运营条件下弹性支承块式无砟轨道结构及其部件优化提供设计依据,并奠定充分的理论基础。

重载铁路弹性支承块式无砟轨道施工技术

本标段隧道内采用弹性支承快式无砟轨道结构、是一项新的施工工艺和施工方法,通过线外试验段对基本步骤有了初步的认知,结合武家坡隧道无砟轨道首件评估,从隧道CPⅢ控制网建立、填充面处理、支承快存放、道床板施工等方面进行了梳理和总结,为后续无砟轨道施工质量控制坚定了基础。

基于减振性能的市域铁路弹性支承块轨道刚度匹配研究

目的:为了降低弹性支承块式无砟轨道市域铁路的振动对周边环境的影响,需要确定弹性支承块式无砟轨道的扣件刚度和块下刚度组合下的合理取值范围,使市域铁路下弹性支承块式无砟轨道达到最佳减振效果。方法:基于车辆-轨道耦合动力学理论,利用车辆-轨道耦合动力学理论,分析了不同扣件刚度和块下刚度组合情况下,市域列车通过时的振动相应时程曲线,并进一步得到了弹性支承块轨道的道床板频响曲线和分频振级曲线及整体道床的道床板频响曲线和分频振级曲线。通过对比分析,初步确定弹性支承块轨道结构中扣件刚度和块下刚度的合理取值范围,结果及结论:当块下刚度增大时,弹性支承块轨道道床板的Z振级随之增大;扣件的垂向刚度增大时,弹性支承块轨道道床板的Z振级随之增大,普通整体道床的Z振级也略有增大;在列车运行速度为160 km/h,扣件刚度取值为60~80 kN/mm左右,块下刚度取值为80~110 kN/mm左右时,弹性支承块轨道系统可达到较好的减振效果,最大减振值为7.79 dB。

客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道混凝土支承块结构承载力试验

以客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道混凝土支承块为对象,通过开展承载力破坏试验,验证Q/CR 9130—2018《铁路轨道设计规范(极限状态法)》中无砟轨道钢筋混凝土结构抗力计算方法相关规定。结果表明:(1)混凝土支承块结构符合平截面假定,混凝土支承块结构中和轴在截面中线靠上;(2)面支承试件裂缝发展、破坏形式等静载力学性能与简支梁不同,无砟轨道结构极限状态不能照搬GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的相关规定;(3)建议重点开展单元式无砟轨道结构静载开裂特性试验,并对裂缝截面处纵向受拉钢筋应力计算公式进行优化研究。

隧道弹性支承块式无砟轨道水沟偏移影响分析

研究目的:弹性支承块式无砟轨道由于其良好的减振降噪效果,在隧道和城市轨道交通中得到广泛应用。隧道内为方便排水,一般在线路中心线的仰拱处设排水沟。因施工误差等因素,客货共线隧道内的弹性支承块式无砟轨道的水沟中线与线路中线可能存在较大的偏移,特定条件下偏移会导致盖板破坏及道床板底部分脱空,影响行车安全。本文通过分析水沟偏移对钢轨位移及盖板应力等静力特性的影响,以及道床板脱空对车体加速度、轮重减载率及轨道结构动态响应等动力特性的影响,提出脱空控制指标,为隧道内弹性支承块式无砟轨道道床板底脱空的养护维修提供理论依据。研究结论:(1)水沟偏移对弹性支承块式轨道结构静力特性的影响有限,当支承块悬空25 cm时,盖板最大应力仅为0.25 MPa;(2)道床板板端脱空长度未超过0.55 m时,脱空对车体加速度、轮轨力以及轮重减载率基本无影响;(3)道床板板端脱空长度超过0.55 m时,车体加速度、轮轨力以及轮重减载率显著增大,可能会危及行车舒适性和安全性,建议盖板偏移致板底脱空长度控制在0.55 m以内;(4)该研究成果可为隧道内弹性支承块式无砟轨道养护维修提供理论参考。

连续支承条件下轨道位移波的动力特性分析

建立了列车与连续支承轨道耦合振动的动力学模型 ,通过计算模拟了高速列车作用下所出现的轨道位移波现象。分析了轨面不平顺波长、轨道质量、刚度、阻尼等参数对轨道临界速度及位移波的影响。

轨面不平顺对高架支承块轨道结构振动特性影响试验研究

针对轨面不平顺对高架支承块轨道结构振动特性的影响进行现场试验,分别从时域和频域对比分析不同轨面不平顺状态下轨道结构的振动响应,重点考虑10～1 000Hz频率范围内的振动。分析结果表明:轮轨冲击力和轨道结构振动加速度幅值随轨面不平顺幅值的增加而增大,同时也受到轨面不平顺类型和波长分布的影响;轨面不平顺引起的钢轨振动频率主要分布在50～1 000Hz的范围内,承轨台、桥面板垂向振动频率分布在40～200Hz的范围内,轨面不平顺的波长分布是影响轨道结构振动频率分布特性的主要因素之一;降低谐波型轨面不平顺幅值0.2mm,可以减小钢轨垂向振动水平14.1dB。建议将轨面不平顺谱加入轨道质量的评价指标中。

弹性支承块式无碴轨道振动分析新模型

针对弹性支承块式无碴轨道结构特点,提出了一种新的用于竖向振动分析的有限元模型。在该模型中,钢轨模拟为弹性点支承Euler梁;钢轨下面的支承块视为刚体;轨道板视为弹性薄板,并且采用横向有限条与板段单元法对其进行位移插值;钢轨扣件模拟为线性弹簧和阻尼器;轨道板和混凝土底座下的路基模拟为连续分布面弹簧和阻尼器。在此基础上,基于弹性系统动力学总势能不变值原理和形成系统矩阵的"对号入座"法则,推导了弹性支承块式无碴轨道的竖向振动总势能,为建立弹性支承块式无碴轨道竖向振动方程,乃至进行弹性支承块式无碴轨道在高速列车作用下的动力响应分析奠定了良好基础。

重载铁路弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力计算分析

弹性支承块式无砟轨道结构整体弹性较好,有利于降低轮轨相互作用力并减缓对隧道基底的振动冲击,是重载铁路长大隧道内较为适宜的轨道结构形式。但弹性支承块式无砟轨道采用两个独立的弹性块体支承钢轨,其保持轨道几何状态,尤其是保持轨距的能力相对较弱。本文通过有限元模型计算,结合室内相关试验结果,研究分析了重载条件下弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力的影响因素。结果表明:增大支承块的长度、宽度以及埋深,可减小支承块横向间距扩大、轨距扩大、钢轨转角和支承块转角;当支承块埋深不变时,增大支承块高度对轨距扩大、钢轨转角及支承块转角的控制不利;增大支承块套靴侧向刚度,可减小支承块横向间距扩大、轨距扩大、钢轨转角和支承块转角;增大轨下垫板刚度和支承块下垫板刚度,轨距扩大不断减小,但轨下垫板刚度的增加主要是降低钢轨转角,对支承块的几何状态影响不大,而支承块下垫板刚度的增加主要是降低支承块横向间距扩大,对钢轨转角的影响较小。

重载列车下弹性支承块式无砟轨道静载试验

研究目的:弹性支承块式无砟轨道是重载铁路长大隧道内较为适宜的轨道结构形式。夺文以中南部通道隧道内弹性支承块式无砟轨道为研究对象,通过开展足尺模型静载试验,研究单个支承块在道床板板端竖向荷载(工况一)、板端横竖向荷载(工况二)、板中竖向荷载(工况三)作用下的受力性能及轨道结构裂缝发展趋势。研究结论:(1)以30 t轴重列车静荷载作为参考,工况一道床板和支承块混凝土分别在3. 3、3. 1倍静轮载时达到轴心抗拉强度,工况二道床板和支承块混凝土分别在3. 0、3. 1倍静轮载时达到轴心抗拉强度,工况三道床板和支承块混凝土分别在4.9、2. 9倍静轮载时达到轴心抗拉强度;(2)工况一道床板裂缝出现于支承块角点位置及支承块长侧边中线位置,并扩展至道床板短侧面,角点处裂缝延伸扩展呈"八"字型,工况三道床板未见明显开裂;(3)列车横向荷载导致支承块角点位置道床板混凝土受力增加;(4)本研究成果对于弹性支承块式无砟轨道的设计、施工及维护具有重要的指导意义。

时速200km客货共线铁路隧道内弹性支承块式无砟轨道适用性研究

弹性支承块式无砟轨道结构综合性能良好,在我国客货共线铁路隧道内已有一定规模的应用,但由于其采用两个独立的弹性块体支承钢轨,保持轨距的能力相对较弱,目前仅在我国时速160 km及以下线路中铺设。本文在对国内相关标准所规定限值进行总结的基础上,结合理论计算及现场实车试验成果,重点研究了新研发的弹性支承块式无砟轨道的轨距保持能力。结果表明,新型弹性支承块式无砟轨道结构在不同列车运行工况下,轨距动态变化量均能满足相应限值的要求,可适用于时速200 km客货共线铁路运营条件。

弹性支承块式无砟轨道无缝线路更换支承块系统的力学分析

为对无缝线路状态下更换支承块系统进行力学分析并提出合理的维修参数,采用有限元方法建立更换支承块系统的计算模型,分析不同起道量和不同扣件松开长度下系统的受力;在一定的起道量和扣件松开长度下,根据非线性屈曲稳定理论,确定合理的养护维修作业轨温范围。结果标明,弹性支承块式无砟轨道无缝线路更换支承块时,单侧松开扣件的钢轨长度存在最优长度;起道量和单侧松开扣件的钢轨长度对钢轨垂向非线性屈曲临界荷载的影响较大。为避免钢轨失稳,应严格控制作业轨温;起道量为0.16 m时,最优单侧松开扣件的钢轨长度为18 m,相应的作业轨温范围为锁定轨温+5℃以下。

弹性支承块式无砟轨道结构参数动力学优化设计

建立车辆-弹性支承块式无砟轨道耦合动力学模型。模拟落轴试验荷载条件,分析轨下刚度与块下刚度的匹配关系,得出轨下刚度与块下刚度的合理取值范围。在轨道刚度确定的前提下,提出不同运营条件下满足动态轨距扩大限值的弹性支承块式无砟轨道合理结构参数。评估不同半径曲线上铺设弹性支承块式无砟轨道时重载货车和快速客车的运行安全性和舒适性。研究隧道内弹性支承块式无砟轨道与隧道外有砟轨道过渡段动力学问题,结果表明:将有砟轨道向隧道内延伸一定长度可明显改善连接处轨枕的受力状况,同时使支承块免受雨水侵蚀。延伸段长度以10～20 m为宜。

城市轨道交通支承块式无砟轨道轮轨噪声研究

在已建立的轮轨噪声预测模型STTN的基础上，对城市轨道交通列车在支承块式无砟轨道上运行时的轮轨噪声进行了预测分析，并对城市轨道交通列车在支承块式无砟轨道上运行时产生的轮轨噪声与在有砟轨道上运行时的轮轨噪声进行了比较。列车以70km／h的速度运行时，轮轨噪声主要分布在中心频率约为500—2000Hz的范围内，其中钢轨辐射的主要是中、高频噪声，车轮辐射的主要是高频噪声，而支承块则辐射中、低频噪声。对总噪声贡献最大的是钢轨，而支承块及车轮的贡献几乎可以忽略。轮轨噪声随运行速度的增大而显著增大，其中车轮噪声受运行速度的影响最为显著，钢轨次之，支承块最小；在轨道旁，支承块式无砟轨道轮轨噪声比有砟轨道的大2．8—4．5dB（A），因此必须采取切实有效措施，将支承块式无砟轨道的轮轨噪声降到有砟轨道的水平甚至更低。

重载铁路隧道内弹性支承块式无砟轨道施工中不同工装的对比分析

结合山西中南部铁路通道红岭隧道弹性支承块式无砟轨道施工,简要介绍了整体轨排框架法、简易轨排架法两种无砟轨道施工工装的基本构成、施工工艺流程及其物流组织选择,同时从施工过程中投入的费用、物流循环速度、混凝土收面质量、直曲线地段精调、混凝土浇筑前后轨道几何形态控制、施工功效等方面对比了两种工装的优劣,提出了两套工装在保证质量、提升功效方面的优化方案,可为类似工程在工装选择时提供参考。