高速铁路轨道路基模型及动力加载研究

针对目前高速铁路路基模型存在尺寸小、受边界影响大、采用单点正弦函数加载等不足,建立高速铁路无砟轨道路基实尺模型试验系统。该系统由轨道路基模型、路基动力响应测试系统以及动力加载系统组成。参照试验模型,建立三维有限元数值模型。基于高速铁路无砟轨道列车动力荷载传递特性,以列车运行速度为350km/h的CRH3/CRH380型动车组、CRTSⅡ型无砟轨道结构为例,采用数值模拟得到相邻车厢相邻转向架不同轮对经过轨道时扣件点的反力时程曲线,结合MTS加载装置对输入时程曲线的要求,通过对扣件点的反力时程曲线进行傅里叶变换和叠加,得到模型试验中作动器连接2对扣件点时的加载输入时程曲线。

层间离缝对市域铁路新型装配式轨道力学性能影响

针对市域铁路路基地段新型装配式轨道层间离缝病害,建立可考虑轨道结构各部件复杂相互作用关系的列车-轨道-路基耦合分析模型,从静力和动力的角度研究自密实混凝土层与底座板之间存在不同离缝工况时对轨道结构力学响应。研究结果表明:当离缝长度未超过0.85 m时,轮轨垂向力、列车垂向加速度等轨道结构的动力响应指标变化较为平缓,离缝长度一旦超过0.85 m,各指标的变化量迅速增加,其中对列车垂向加速度、轨道板的动力效应影响最大。当离缝宽度未发展到钢轨下方时,各指标变化量很小,一旦超过钢轨下方,各项指标呈现指数增长变化趋势。离缝的存在严重影响了车辆运行的平稳性和安全性以及轨道结构的耐久性和整体性,需要及时进行养护维修。

高速铁路路基动力累积变形模型试验研究

以中南大学高速铁路无砟轨道路基足尺模型试验系统为背景,对Ⅲ型板式无砟轨道在列车轴重为17 t,速度为350 km/h条件下开展10000万轴次循环荷载试验,以研究路基在高速列车长期荷载作用下的动力累积变形规律。研究结果表明:随着列车轴次的增加,路基累积变形逐渐增加,在循环加载前期增长速率较快,之后逐渐减小,在列车轴次达到350万次后趋于稳定,路基最终累积变形为3.38 mm,其中基床表层、基床底层、路基本体和地基各结构层最终变形分别为2.33,0.57,0.30和0.18 mm。基床表层变形最大,占总累积变形的68.93%,基床底层次之。通过对指数模型在路基模型试验中的适用性进行分析,结果表明路基各结构层累积变形采用指数模型拟合的效果较好,相关系数均在0.985以上。基于试验结果,提出一个以动静应力比、静应力与静强度比、振次为基数的指数模型,依据试验结果对模型参数进行反分析,得出模型中各参数变化范围较小,修正模型改进效果非常明显,可以用于预测长期动力荷载作用下高速铁路路基累积变形和路基沉降。

季节变化对列车行驶路基动应力的影响及简化计算方法

我国众多铁路干线分布于深季节冻土地区。铁路路基土层的冻融状态随着季节的交替变化而改变,相应的列车行驶时引起的路基动应力分布也有所不同。考虑路基土体的参振效应,通过改进车辆-轨道-路基垂向耦合动力学模型获取不同季节列车行驶振动荷载时程,进而通过动力有限元数值模拟方法,研究季节变化对列车行驶引起的路基动应力分布规律的影响。研究表明:路基土中的动应力幅值及其沿路基深度的分布规律与该时期路基土的冻融状态密切相关,基于此结论,提出深季节冻土地区不同季节铁路冻土下限范围内路基动应力的简化计算方法。该研究对于优化季节性冻土地区铁路路基设计方法,完善路基长期动力稳定性能评价方法等具有重要意义。

扣件失效对车-轨-路-地耦合系统垂向振动特性影响研究

通过有限元软件Abaqus和多体动力学软件UM联立仿真,从刚柔耦合的角度建立了车辆-轨道-路基-地基耦合振动分析模型,对比分析了正常工况、单侧扣件失效1个、3个、5个和两侧扣件失效1~5对等工况对整个系统动力响应的影响规律。研究结果表明:单侧扣件失效5个时,对钢轨垂向位移和垂向加速度影响较大,对车体垂向加速度影响较小;两侧扣件失效工况下,2.5~5对扣件失效时钢轨垂向位移超过标准规定的最大允许值2mm;轨道板和基床表层垂向振动加速度变化趋势几乎一致,与正常工况相比皆增加了约4倍,轨道板和基床表层垂向位移较正常工况变化量不大;出现非对称扣件失效时脱轨系数和轮重减载率发生突变,此时车辆脱轨风险较高。

路基基床动应力响应特征的数值模拟研究

以朔黄重载铁路为工程背景,运用ABAQUS软件建立车辆-轨道-路基相互作用有限元模型,分析重载列车运行下基床的动力响应特性,引入典型轨道谱分析轨道高低不平顺对基床动力响应的影响。结果表明:随着深度的增加,基床表面以下动应力横向分布由双峰型逐渐转变为单峰型;相邻车厢转向架通过时,基床表面处动应力存在明显的叠加效应;基床不同位置处动应力峰值基本随列车轴重的增加线性增大;既有重载铁路基床厚度设计标准(2.5m)尚难以适应运行轴重30t及以上重载列车;轨道高低不平顺使路基内动力响应加剧,不同位置处路基面动应力差异增大。根据三倍标准差原理,用正态分布函数估算重载列车和轨道高低不平顺共同作用下路基面处的最大动应力。研究结果可为重载铁路路基设计及既有线扩能改造提供参考。

高速铁路双线路基动应力的特性研究

双线路基是高速铁路路基中常见的一种形式,其动应力的特性研究至关重要。建立了列车-轨道-双线路基三维有限元模型,并在两股钢轨上添加了两种典型的高低不平顺谱。通过数值计算,得到了两种轨道不平顺谱及三种列车运行速度下路基动应力沿纵向的分布,统计了不同深度处路基动应力的均值及变异系数,并给出了均值的拟合公式。最后,对两种轨道不平顺谱下路基动应力的概率分布型式进行了验证。利用柯尔莫哥洛夫检验方法,证明了轨道不平顺谱下路基动应力近似服从对数正态分布。

我国铁路客运专线路基沉降预测方法探析

科学、合理地预测工后沉降量是无碴轨道建设的关键环节。因此，本文结合客运专线路基沉降变形量级小、数据相对波动大等特点，对沉降预测方法进行系统分析和优化比选，探索稳定性好、精度高、操作便捷的预测方法，具有重要的工程应用价值和学术价值。

深埋式桩板结构桥隧过渡段动力特性研究

结合上海—昆明高速铁路某深埋式桩板结构桥隧过渡段动力响应现场试验,建立车辆-轨道-路基耦合振动数值模型,研究深埋式桩板结构路基动力特性,评价其用作桥隧过渡段的过渡性能。研究结果表明:6种测试车型引起过渡区测点振动加速度最大值为3.77 m/s2,测点最大振动加速度随车速增大而增大,最大振动位移与车速没有明显相关性;隧道与桥台测试断面的功率谱密度平均值比过渡段路基的更大,过渡段路基动力响应振动水平比桥台与隧道的更弱;过渡区最大钢轨挠度变化率约为0.149 mm/m,小于控制值0.300 mm/m,表明过渡区轨道结构动力性能良好;行车荷载作用下,桩长越长,桩顶动位移越小,桩板结构的变桩长设计有利于过渡区刚度的平顺过渡。