重载铁路双柱式桥墩加固技术优化研究

为探索基于性能提升的桥墩加固优化设计方法,以重载铁路中数量较多的分离式双柱式桥墩为对象,基于数值模拟分析和桥墩加固运营性能试验,开展3种常用方法加固条件下的桥墩静力性能对比分析和动力性能对比试验研究,并进行加固技术优化研究.结果表明,设计荷载作用下,墩身外包加固抑制墩顶水平位移效果较好,而"增大基础和增补桩基"组合加固则能有效减少基底截面应力;运营列车作用下,3种方法加固条件的墩顶横向振幅较加固前均有不同程度降低,但也有部分桥墩受施工等因素影响出现振幅增大的情况.采用优化提出的"增大基础+增补桩基+墩身外包"三重加固法,墩顶横向振幅降低幅度超过50%,能够很好地满足重载铁路双柱式桥墩强化改造需求.

基于列车群组运行的重载铁路运输组织研究综述

列车群组运行模式为重载铁路通过加大行车密度解决运能紧张问题提供了新途径。该模式可突破车站接发车、集解编运输组织模式、快捷货运三大瓶颈,实现运输效能、运输组织灵活性及快捷货运时效性的提升。在分析虚拟编组技术的发展历程及技术特征、重载铁路群组运输控制和运输组织研究现状的基础上,从重载铁路群组列车控制理论与方法、列车群组运行条件下运输组织模式适应性、列车群组运行条件下运输组织方法3个方面,系统总结了既有研究存在的问题,提出了该模式从理论走向应用需要进一步研究的关键问题,包括适应复杂运营条件的重载铁路列车群组运行协同控制方法、列车群组运行下高效运输组织模式、列车群组计划与运行图编制智能化理论与技术、列车群组运行智能调整优化理论与技术研究等。

风屏障透风率对强风作用下重载铁路刚构-连续梁车桥耦合振动响应的影响

为探究风屏障透风率对强风作用下重载铁路刚构-连续梁车桥耦合振动的影响,先通过节段模型风洞试验获取桥上设置0%,20%,40%,60%和无风屏障5种不同透风率风屏障时车桥系统的三分力系数,再根据弹性系统动力学总势能不变原理建立风-车-桥耦合振动仿真计算分析模型,对不同车速下重载货运列车通过设置不同透风率风屏障刚构-连续梁桥开展风-车-桥系统动力学仿真计算与分析研究。结果表明:在列车上桥初期,桥梁横向位移峰值随透风率的增大而明显减小,而当列车运行趋于满布桥梁时,桥梁的横向位移峰值随透风率的增大变化不明显;列车的动力响应峰值随风屏障透风率的增大而增大,相比于满载编组列车,空载和轻重混编编组列车的动力响应对风屏障透风率的变化更加敏感。综合桥梁动力响应和列车走行安全性评价指标(脱轨系数和轮重减载率),该桥梁应设置40%透风率的风屏障。

基于AHP耦合Sigmoid函数的重载铁路黄土边坡风险分析

重载铁路具有大轴重、高密度、大运量的运输特点,黄土边坡路基段一直是重载铁路运营的高风险区段,现有风险评价方法尚无法满足其风险量化分析的需求。利用层次分析法AHP耦合Sigmoid函数的方法,围绕事故发生概率和损失两个方面对重载铁路黄土边坡工程展开风险定量评价。首先以边坡滑塌事故调研和稳定性控制理论为基础,明确黄土边坡的失稳影响因素,建立重载铁路黄土边坡稳定性评价模型和边坡失稳危害性评价模型;然后应用层次分析法建立黄土边坡稳定性评价模型指标权重,并提出各级影响因素的指标赋值方法;而后引入基于朴素贝叶斯理论的Sigmoid函数,构建边坡稳定服役概率、风险判断矩阵和黄土边坡的风险等级确定方法;最后以朔黄铁路某站高陡黄土边坡为工程背景,应用所得理论方法对其进行风险定量分析,计算得出该边坡失稳概率为0.64,造成经济损失约8611万元,隶属于高风险等级,并针对坡体几何特征、渗透能力、基岩特性等低分指标提出了具体的安全性提升措施建议。

重载铁路桥梁体外预应力筋加固性能研究

运营提载会导致重载铁路桥梁损伤累积和刚度退化加剧,对重载铁路预应力混凝土桥梁进行加固可以改善桥梁的受力状况,提高桥梁承载能力。为了研究重载铁路桥梁体外预应力筋加固的性能,分别制作重载铁路24 m超低高度预应力混凝土梁的未加固足尺试验模型与体外预应力筋加固足尺试验模型,并开展200万次疲劳试验与疲劳后静力试验。建立未加固预应力混凝土梁与体外预应力筋加固预应力混凝土梁的精细化有限元模型,通过试验与有限元分析,研究加固前后重载铁路预应力混凝土梁的静力与疲劳性能,揭示加固前后梁体挠度和应力变化规律,并分析不同轴重列车作用下加固预应力混凝土梁的力学性能。研究结果表明:重载铁路桥梁外加预应力筋的加固效果良好,疲劳试验中加固梁刚度退化幅度、跨中挠度、梁内预应力筋应力、梁底及下翼缘混凝土应力显著比未加固梁的小;在33 t轴重列车与1.2倍中等荷载(ZH)轴重作用下,外加预应力筋加固的24 m超低高度预应力混凝土梁的适应性良好,预应力混凝土梁挠度与应力响应均符合规范要求。研究结果可为重载铁路桥梁的设计、养护、维护与加固提供基础与参考。

重载铁路钢轨焊接不平顺对道床动力特性的影响

在车轮反复碾压作用下,钢轨接头区域易出现马鞍形不平顺、低塌等缺陷。为分析重载铁路钢轨焊接不平顺对有砟道床动力特性的影响,首先建立车辆-轨道耦合动力学模型,计算钢轨焊接不平顺影响下的轨枕上动压力;然后采用离散元分析方法,建立有砟轨道结构二维模型,将焊接不平顺影响下的轨枕上动压力作为荷载输入,模拟分析钢轨焊接不平顺对有砟轨道结构道床动力特性的影响。结果表明:钢轨焊接不平顺显著增加了接头两侧轨枕上动压力,且不平顺短波波长越长,影响范围越大,当波长为0.2 m、波深为0.7 mm时,接头两侧轨枕上动压力增加显著,最大值相较于随机不平顺时增加了50.52%;随着焊接不平顺短波波长的减小及波深的增加,道床垂向加速度、摩擦耗能以及累积变形均随之增加;道砟颗粒间最大接触力受焊接不平顺影响较为显著,尤其当短波波深大于0.5 mm时,最大接触力随波深增加而显著增大;当短波波长为0.1 m、波深为0.7 mm时,相较于随机不平顺,道床应力增加55.89%,距道床顶面0.15 m深度处的道砟颗粒加速度增加了449.42%。

基础加固施工对重载铁路桥梁静动力性能影响研究

铁路桥梁墩台基础加固施工会改变桥墩约束状态,影响结构稳定和列车运营安全。以某重载铁路轻型桥墩基础加固工程为背景,采用数值模拟和试验测试手段,研究各关键施工环节对桥墩和桥跨结构稳定性、刚度和振动响应的影响规律。研究结果表明,基础加固施工分为钻孔桩施工、基础侧土体开挖、基础混凝土浇筑、墩身连接等4个关键施工步骤,其中土体开挖会导致桥墩稳定性和横向刚度降低,随开挖深度增加,两者均逐渐降低,而混凝土浇筑则引起桥墩刚度和稳定性逐渐增加,桥墩横向连接加固则引起墩身刚度显著增大,增幅达到32%;整个施工阶段中,土体开挖引起桥梁结构振动响应显著增大,其他加固环节对桥梁振动响应不明显;施工过程中,列车轴重、速度、桥墩高度是影响桥梁动力响应的最敏感因素,随列车轴重和速度以及桥墩高度增加,桥梁动力响应增大明显。

双线重载铁路路基动力响应规律研究

建立双线重载线路的轨枕-路基-地基三维有限元仿真模型,分析双线重载路基的动力响应规律。研究发现,列车于本侧轨道下方路基面引起的动应力沿横向均呈“马鞍形”分布。上行线列车通过时,本侧线路钢轨下方路基动应力均随深度的增加而减小;不同运行模式下,路基中心处动应力则均随深度的增加先增大后减小。路基面竖向动位移沿横向呈现明显的凹形分布特性,满载列车单向运行引起的动位移峰值可达到空载列车单向运行的5.36倍。列车轴重对路基速度响应的影响相对较小;轴重由25 t增至30 t时,本侧线路钢轨下方路基面处加速度峰值增加约10%。双线列车运行引起的路基动力响应水平大于单向列车运行的工况;上行线满载列车在下行线钢轨下方路基面引起的加速度、速度和动位移峰值均大于空载列车单向运行于下行线的工况。

重载铁路反向曲线区段行车安全分析

重载铁路是国内外货运发展的主流方向,目前我国部分重载线路存在空、重载荷列车共行的单线铁路。本文基于某既有空、重载荷列车共行单线铁路实际运营条件,对共行线长大坡道上反向曲线区段空、重载荷列车条件下,行车安全性进行论证和分析,为工程应用提供理论支撑和安全评价。结果表明:在重载工况条件下,列车以100 km/h速度通过该长大坡道反向曲线,在空载工况时,列车应在该反向曲线区段限速80 km/h;通过对该反向曲线区段行车性能分析研究,在重载铁路新线设计中重车方向缓和曲线长度可采用《重载铁路设计规范》中相关规定,空车方向600 m小曲线半径连接缓和曲线长度建议:取值大于80 m。

基于虚拟编组技术的单线重载铁路通过能力计算方法研究

针对我国现阶段单线重载铁路能力紧张问题,提出应用虚拟编组技术从运输组织层面提升运输能力。对虚拟编组技术基本概念进行介绍,细致分析了虚拟编组技术下列车追踪运行的全过程,将其分为4种状态,并分别给出各状态下追踪间隔计算方法。通过分析虚拟编组技术应用下单线重载线路列车在站作业及会让方式,给出区间运行图周期计算通式,构建虚拟编组下单线重载铁路最小运行图周期计算模型,并将其改写为混合整数线性规划模型。模型结构简单,且规模随区间数多项式有界,可直接采用商业优化软件求解。选取1条实际运营线路进行案例分析,计算结果显示,虚拟编组技术下其通过能力可提升55%,表明计算模型有效可靠,且虚拟编组技术的应用对单线重载铁路能力提升显著。

基于DS证据理论与综合赋权改进可拓法的黄土区重载铁路高填方路基服役性能评价

为有效评价黄土区重载铁路高填方路基的变形与稳定状态,在重载铁路高填方路基服役性能初选评价指标库基础上,通过基于证据可信度的DS证据理论融合指标的重要度、独立度与区分度3项特征值,构建重载铁路高填方路基服役性能优选指标体系;基于综合赋权改进可拓评价法,建立针对重载铁路高填方路基服役性能的多层次综合评价模型,并利用该模型对大准及巴准铁路两段高填方路基服役性能进行评价。研究结果表明,上述两段高填方路基服役性能等级评价结果依次为差与良,并均通过了有效性检验;本文研究所提方法较云模型更能准确评价高填方路基服役性能,且比《铁路路基大维修规则》更能全面客观地反映高填方路基服役性能所处状态。研究结果可为黄土区重载铁路高填方路基服役性能状态评价提供参考。

重载铁路小半径曲线内轨滚动接触疲劳机理研究

国内某重载铁路小半径曲线内轨发生严重的滚动接触疲劳及其所致剥离损伤,主要集中在内侧轨肩处。为揭示其萌生机理,在轮轨现场观测和列车参数调研的基础上,建立典型重载列车的动力学模型,并利用损伤函数与表面滚动接触疲劳指数,数值分析内轨滚动接触疲劳的主要影响因素。所预测的疲劳区位置、严重程度及裂纹扩展方向等均与现场观测吻合,并发现钢轨磨耗失形是滚动接触疲劳在内轨两侧轨肩处发生的根本原因。内轨内侧轨肩处疲劳由机车曲线通过行为主导,“Co-Co”式转向架中间轮对的贡献最显著,机车导向轮对与货车共同决定了内轨外侧轨肩疲劳。随着曲线半径R增大,轮轨间作用强度减弱,使得内轨疲劳的严重程度逐渐降低,两轨肩疲劳区向轨顶中心靠拢,并最终在R为1000 m左右时合为1个疲劳区,轨面剥离现象也趋于消失。

重载铁路用新型网孔式弹性垫板的力学特性研究

重载铁路轨道系统的弹性垫板由于承受载荷较大,易出现疲劳破损现象。鉴于既有弹性垫板存在应力集中且阻尼较小的现象,提出一种新型网孔式弹性垫板,可改善应力分布,提升阻尼特性。为探究将网孔式弹性垫板应用于重载铁路扣件系统的可行性并验证相较于既有弹性垫板的优越性,分别建立适用于重载铁路弹条Ⅱ型扣件系统的既有弹性垫板和新型网孔式弹性垫板有限元模型。在同刚度条件下,对比研究网孔式、沟槽式、棱台式弹性垫板的竖向刚度、横向刚度和应力分布特征。研究结果表明,网孔式弹性垫板的应力应变分布更均匀,其最大应力相较于沟槽式弹性垫板和棱台式弹性垫板降低约30%,力学特性更好,且具有较好的竖向刚度保持性能;在施加横向载荷后,网孔式弹性垫板的横向刚度比棱台式弹性垫板的小,更接近于沟槽式弹性垫板;新型网孔式弹性垫板具有在重载铁路中推广应用的潜力。

某重载铁路应急救援物资储备数量分布优化研究

为提高重载铁路应急救援响应能力,构建风险评估云模型以确定事故易发区段,采用蒙特卡洛法生成事故场景。设计双目标物资调度模型,优化物资调度方案,采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解最优解。在保持站点不变、确保物资总量不变的情况下,提出匹配线路风险特性的救援物资储备优化方案。研究结果表明:优化后一级响应调度总距离平均缩减31.28%,二级响应缩减46.80%,表明优化后的储备方案能有效缩短响应时间和提高救援效率。研究结果可为重载铁路物资分布与调度提供理论指导。

某在役重载铁路32 m预应力混凝土T梁后装声屏障适应性分析

随着我国货运铁路重载扩能运输的发展,大轴重、长编组引起的噪声污染日趋严重,后装声屏障已成为减小噪声污染的主要措施之一,但通过扩能改造提升的在役重载铁路桥梁原设计时并未考虑后装声屏障对桥梁结构的影响。为研究在重载铁路桥梁上后装声屏障的适应性,以在役铁路桥梁主梁型32 m简支T梁(专桥-2059A)为研究对象,采用数值模拟与结合现场实测桥梁现状分析的方法,基于不同荷载组合作用,开展T梁加装声屏障后主梁、声屏障与桥梁连接的位置及道砟槽板适应性分析,并对T梁翼缘板及声屏障结构的潜在薄弱位置进行破坏分析。研究结果表明:T梁加装声屏障后,主梁纵向强度受梁体L/8~L/4处抗剪控制,其中梁体L/8处抗剪安全系数为1.70,小于规范要求值1.80;声屏障与桥梁连接位置安全储备不足,其中,在最不利荷载组合作用下,挡砟墙钢筋应力超过容许值1.25倍、裂缝宽度超过容许值0.54 mm;道砟槽板在最不利荷载组合作用下,其钢筋应力安全储备剩余23.2%、裂缝宽度比规范容许值小0.07 mm。综合考虑3种分析,该类型T梁不宜后装声屏障;在最不利情况下,T梁及声屏障结构破坏顺序依次为预埋化学锚栓处、挡砟墙处、声屏障立柱与水平杆交接处、道砟槽板变高度处、翼缘板根部处。

基于AHP-熵权法的重载铁路典型段大风灾害风险评估

大风是影响重载铁路运输安全的主要气象灾害之一,开展大风灾害风险评估对铁路部门防灾减灾有一定的指导意义。本文以朔黄铁路为研究对象,首先通过致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和防灾减灾能力4个准则层以及不同等级大风报警频次、强横风频次、海拔高度、地形、股道数量、列车对数、车站级别、线路允许速度、桥梁、隧道、是否有防风墙、大风预警能力、抢险人数、应急救援设备物资17个指标层构建了重载铁路典型段大风灾害风险评估体系,然后利用AHP-熵权法确定各指标层和准则层的权重,最后得到重载铁路典型段大风灾害综合风险区划。结果表明:神池南—宁武西、黄骅南—黄骅港、北港—大港、神港段为高风险路段;龙宫—滴流磴、黄骅东—羊三木为次高风险路段;猴刎—三汲、行唐—曲阳、定州西—定州东、安国—博野、蠡县—李天木、窦庄子—郭庄子为中风险路段。可见西部山地、丘陵地区和东部沿海地区铁路路段大风灾害综合风险等级最高。

浸水对重载铁路加筋路基动力特性的影响

为了解决重载铁路路基湿化后路基性能下降,影响列车行车安全的问题,通过室内模型实验模拟不同轴重列车动载作用,研究浸水前、后重载铁路加筋路基的动力特性及长期稳定性.结果表明,浸水后素土路基的应力、沉降、加速度会显著增大;浸水后与素土路基相比,格室加筋后路基最大应力下降21%,轨枕沉降下降20%,复合加筋路基的最大应力下降23%,轨枕沉降下降30%,复合加筋效能优于格室加筋.加筋可以提高路基强度,使路基的上部结构更稳定,降低路基加速度.浸水后路基各层的应力衰减系数增大,加筋使应力衰减系数和应力竖向扩散深度减小.加筋可以降低路基孔隙水压力峰值,提高孔隙水压力的消散速度.浸水后土工布可以保持道砟层性能,减轻道砟污化.

基于运行安全性的某重载铁路既有货车提速可行性分析

为探究某重载铁路列车最高运行速度由80 km/h提高至90 km/h后既有货车的安全性能,评估提速的可行性,综合考虑列车服役条件、车辆及车钩缓冲装置结构,基于多体动力学理论建立多节连挂重载货车动力学仿真分析模型,并采用现场试验数据验证了模型的有效性,进一步通过仿真分析研究C80与C64K货车空车、重车的非线性临界速度,对比分析了C80与C64K货车提速后的动力学性能,探明了转向架关键参数对既有货车运行安全性指标的影响规律。结果表明,C80货车空车、重车的非线性临界速度分别为124,180 km/h,C64K货车空车、重车的非线性临界速度分别为92,112 km/h,C80与C64K货车空车的非线性临界速度较其重车分别下降18%和31%,空车运行时的稳定性较重车更差;当C64K货车以90 km/h的速度运行时,轮重减载率和侧架横向加速度均存在超限现象,而C80货车各指标均未超过限值;C64K货车转向架的一系悬挂导框横向间隙对其轮轨动力学性能影响较小,而C64K货车动力学指标随着一系悬挂导框摩擦系数的减小而增大。

重载铁路隧道衬砌病害套衬整治关键技术及应用

为解决重载铁路隧道衬砌空洞、剥落掉块等问题,提出适用于重载铁路衬砌病害整治的套衬技术,即波纹板套衬和钢拱架套衬。依托大秦铁路和尚坪隧道衬砌病害整治项目,从套衬结构设计、防腐处理、施工工艺等方面进行论述,建立数值模型对套衬加固效果进行分析,并论述了波纹板套衬和钢拱架套衬结构性能及适用性。结果表明:两种套衬方案均可增加隧道衬砌的承载能力,适用于大秦铁路隧道衬砌病害整治;波纹板套衬抗弯刚度较钢拱架套衬大;钢拱架套衬施工效率和经济效益大于波纹板套衬。

重载铁路钢轨抗疲劳型面的设计与应用

为了改善轮轨接触关系,基于三次插值样条曲线方法,通过降低钢轨轨肩-轨距边廓形,设计了重载铁路小半径曲线钢轨抗疲劳型面。结合重载运输条件下的车辆-轨道动力学模型,根据接触点位置、轮轨接触斑面积、横向力、脱轨系数、轮重减载率、磨耗指数等参数,确定了重载铁路钢轨打磨铣磨基准型面并进行现场应用。基准型面为:钢轨轨肩-轨距边廓形降低的起点在由轨顶中心向近轨距边方向移动5 mm的位置,廓形改变范围覆盖起点至轨距边侧磨点,改变范围内最大廓形弧面下降量出现在轨顶中心向轨距边26 mm处,且最大弧面下降量为0.6、0.7 mm。现场试验结果表明:该基准型面使得轮轨垂向、横向力均有所降低,轮轨接触关系改善,接触点位置稳定;预测的裂纹萌生寿命延长了16.3%~47.2%,满足改善车辆运行状态、延长重载铁路钢轨使用寿命等需求。