高速铁路无缝道岔天窗点内应力放散施工技术

无缝道岔铺设应当保证施工锁定轨温在设计规定的允许范围内,如超出设计锁定轨温上限或下限则应进行应力放散。道岔与线路不一致情况为道岔辙叉位置固定,原则上不进行拉伸放散。在夏季道岔铺设时可利用夜间在合适轨温下进行自然放散,在冬季铺设时受环境温度影响最高轨温无法达到设计轨温,而部分车站受联调及开通等因素影响,需在开通后进行天窗点内自然放散。结合北京丰台站京港高速场受征拆影响,高架平台于2022年1月才完成混凝土浇筑,道岔铺设是在低温季节铺设,无法达到设计锁定轨温,采取临时轨温锁定,在联调期内随环境温度、轨温上升至设计锁定轨温后,利用联调联锁期间天窗点对道岔进行自然放散,最终达到设计锁定轨温。

高原大日温差环境下跨区间无缝线路研究

研究目的:本文利用无缝道岔稳定性公式和有限元方法对高原大日温差某车站无缝道岔的稳定性和力学性能进行理论计算,分析在年温差70℃左右、日温差40℃左右局部温度骤变的高原环境下铺设跨区间无缝线路的可能性,并对该车站及两端区间轨道进行跨区间无缝线路设计。采用胶冻结接头的方式消灭道岔和缓冲区有缝钢轨接头,在西藏地区第一次铺设桥上无缝道岔,一站两区间实现了跨区间无缝线路。通过一年时间在线监测和安全运营,积累了大量高原大日温差跨区间无缝线路可靠数据和运营经验。研究结论:(1)验证了在年温差70℃左右、日温差40℃左右局部温度骤变的高原环境下铺设跨区间无缝线路是可行的;(2)胶冻结接头作为跨区间无缝线路钢轨连接方式是可行的,可为既有非无缝线路无缝化提供又一个技术方向;(3)在大日差局部温度骤变的高原环境下,跨区间无缝线路养护关键是无缝道岔,一定要注意道岔的轨道几何形位状态和尖轨、心轨的位移,出现不良状态时及时加强养护。

帕德玛大桥铁路连接线无砟轨道系统设计

研究目的:帕德玛大桥铁路连接线是孟加拉国首条铺设无砟轨道的铁路,也是我国工程技术人员首次在120 km/h、25 t轴重客货共线条件下开展的大跨钢桁梁上无砟轨道设计和简支梁上无砟道岔设计,设计过程中面临着结构限界和轨道自重受限、2350 mm超宽梁缝及7.5‰超大梁端转角、简支梁上无砟无缝道岔群布设等难题,亟需对轨道结构及部件开展系统研究,以指导铺轨实践。研究结论:(1)提出了底座板与桥面板一体化设计的单层长枕埋入式无砟轨道,克服了大跨度钢桁梁上结构限界和轨道自重受限的难题;(2)研发了±800 mm调整量梁端伸缩装置及钢轨伸缩调节器一体化装置,解决了2350 mm宽梁缝、7.5‰梁端转角条件下的轨道结构自适应调整问题;(3)基于“岔梁墩一体化”模型开展了岔桥相互作用分析,解决了25 t轴重条件下简支梁上的无砟无缝道岔群设计难题;(4)上述创新实践指导了孟加拉国首条无砟轨道铺设,对海外工程复杂桥梁结构上无砟轨道设计具有一定的参考作用。

简支梁桥上无缝道岔温度力与位移影响因素分析

将道岔、梁和墩台视为一个系统,建立简支梁桥上无缝道岔的有限元模型。根据变分原理和“对号入座”法则建立有限元方程组。以铺设一组43号道岔的18跨32 m混凝土简支梁桥为例,研究影响简支梁桥上无缝道岔受力与位移的因素,如支座布置形式、轨温变化幅度、梁温差、扣件阻力、道床阻力、限位器间隙、岔枕刚度、限位器位置、梁跨长度和桥墩刚度等。计算结果表明,简支梁桥上无缝道岔在温度荷载作用下,钢轨温度力在限位器处和限位器前梁端处同时出现两个峰值;与桥上无缝线路相比,桥上无缝道岔桥墩处的最大受力显著增大;当梁与导轨同向伸缩时,岔区内钢轨位移较大;限位器应布置在梁跨中部;限位器间隙对桥上无缝道岔的受力与位移有双重影响;岔区内钢轨的受力与位移随桥墩刚度增大而减小;岔区内采用较大的扣件阻力和道床阻力,岔区外采用较小的扣件阻力和道床阻力,可以降低钢轨附加温度力。

连续梁桥上无缝道岔伸缩力与位移计算

将钢轨和梁体视为杆单元,轨枕视为梁单元,扣件阻力、道床阻力和桥墩刚度视为弹簧单元,建立了计算连续梁桥上无缝道岔伸缩力与位移的有限元力学模型,根据变分原理和“对号入座”法则建立了模型求解的非线性方程组,分析了道岔设计参数对桥上无缝道岔伸缩力和位移的影响。研究结果表明:伸缩调节器布置在道岔的后端,连续梁固定墩的纵向力可降低43.2%;增加连续梁固定墩纵向刚度有利于减小钢轨位移;连续梁固定支座的位置对系统的受力与变形有双重影响,实际设计时应综合考虑。

直逆向过岔列车与桥上道岔耦合振动影响因素分析

针对桥上无缝道岔,运用有限单元法,建立钢轨-岔枕-桥梁弹簧-阻尼空间振动模型;运用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则建立列车-道岔-桥梁空间振动方程组;以温福客运专线田螺大桥为例,拟定桥上铺设了由2组38号道岔组成的单渡线,分析直逆向过岔时,列车运行速度、轨下垂向刚度、枕下垂向均布刚度、岔区垂向不平顺幅值及梁体高度等参数对列车-道岔-桥梁系统耦合振动的影响。研究结果表明:系统响应随列车速度和岔区垂向不平顺幅值增大、梁体高度减小而增加;轨下垂向刚度对系统不同的响应有不同的影响;道岔响应随枕下垂向均布刚度增大而降低。

无缝道岔铺设于长大连续梁桥上时的受力与变形分析

建立了道岔-桥梁-墩台一体化计算模型。以60kg/m钢轨12号可动心轨道岔为例,分析了在长大连续梁桥上铺设有无缝道岔及伸缩调节器时,墩台及钢轨的受力与变形规律,探讨了无缝道岔布置方式、与伸缩调节器的距离等因素的影响,为桥上无缝道岔设计提供了理论依据。

长大坡道铺设无缝道岔可行性分析

基于有限单元法建立无缝道岔非线性阻力计算模型,分析不同工况条件下的钢轨纵向力及位移。计算结果表明:坡度对无缝道岔的受力及变形是不利的;随着阻力减小区段距道岔距离增加,钢轨纵向力、最大位移增加,尖轨相对基本轨的位移减小。道床捣固不密实引起的道床纵向阻力减小,会显著增大道岔各部分受力和变形。建议:(1)在大坡道地段,宜采用全长淬火钢轨或高强度钢轨;(2)在进站道岔前列车频繁制动地段、无缝道岔尖端、辙跟、叉心处宜布置观测桩,随时观测无缝道岔的爬行情况;(3)加强无缝道岔防爬锁定;(4)加大上坡方向道床的堆积厚度,并加强捣固。

侧向过岔时列车-道岔-连续刚构桥空间振动分析

针对桥上无缝道岔,运用有限单元法,建立了钢轨-岔枕-桥梁弹簧-阻尼空间振动模型。运用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则建立了列车-道岔-桥梁空间振动方程组。以温福客运专线田螺大桥为例,拟定桥上铺设了由两组38号道岔组成的单渡线。计算了"中华之星"电动车组,按一动四拖的编组方式,以140km/h的速度侧向通过时,列车-道岔-桥梁空间振动的动力响应。分析了侧向过岔时,列车运行速度、轨下横向刚度、枕下横向均布刚度、桥墩高度对列车-道岔-桥梁系统振动的影响。结果表明:桥梁导致钢轨和岔枕的位移增幅较大,车体振动加速度有所增加,道岔振动加速度、轮轨力变化很小;系统横向振动响应随列车速度增大、轨下横向刚度减小、枕下横向均布刚度减小、桥墩高度增大而增加。

铁路无缝道岔计算理论的优化探讨

针对铁路无缝道岔当量阻力法计算理论的不足,通过对无缝道岔理论的深入探讨,优化和完善了无缝道岔的计算理论,并通过理论与实验测试的对比,验证了优化后理论和方法的正确性,为我国高速铁路进一步发展跨区间无缝线路奠定基础。

偶然荷载对桥上岔区纵连无砟轨道受力和位移的影响

以武广客运专线某特大桥铺设纵连式无砟道岔为例,将1组客运专线18号单渡线道岔、纵连式无砟轨道、桥梁、墩台视为1个系统,建立岔—板—梁—墩一体化计算模型,分析断轨或断板等偶然荷载作用位置对道岔、道床板、桥墩受力和变形的影响。分析结果表明:断轨对墩台纵向力影响较小,但对道床板受力影响较大;一线道床板折断会使另一线的道床板纵向力、墩台纵向力及固结机构纵向力大幅增加,不利于道床板、墩台及固结机构的受力;连续梁桥梁缝处道床板折断对桥墩受力极为不利,故在设计中应避免使道床板在桥上无缝道岔梁缝附近形成最大纵向力。

连续梁桥上无缝道岔断轨力计算分析

钢轨在桥梁上的最不利位置处会因强度不足而折断,并自断口处收缩,产生较大的位移量,致使列车经过断缝时产生巨大的冲击作用,严重时危及行车安全,因此,在进行连续梁桥上铺设无缝道岔的检算时,必须考虑断轨力的影响。以一组60kg/m钢轨18#可动心轨道岔为例,采用有限单元法,利用"岔-梁-墩-体化"模型,计算分析了连续梁桥在无缝道岔断轨力作用下桥梁与钢轨的受力和变形特征。结果表明,钢轨在岔前方向折断时桥墩所受纵向力要大于钢轨在岔后方向折断时的受力,道岔里轨的伸缩对桥墩受力起着主要作用;道岔前后不同位置钢轨折断对断轨力的计算结果影响较大,应代入最不利结果进行检算。

用有限元法分析无缝道岔的受力与变形

为建立能客观反映无缝道岔实际受力情况的计算分析模型,在吸收国内研究成果的基础上,基于有限单元法,建立了无缝道岔钢轨纵向力及位移计算力学模型,并对我国12号固定型辙叉无缝道岔、大秦线12号可动心轨辙叉无缝道岔及秦沈客运专线38号无缝道岔进行计算,计算结果分别与无缝道岔两轨相互作用理论计算值和现场测试数据基本吻合。以两组合无缝道岔为例,据此模型对不同组合型式无缝道岔的组合效应进行初步研究。

高速铁路温度场作用下桥上无缝道岔与桥梁相互作用研究

采用通用有限元软件MIDAS/CIVIL建立郑西客运专线渭南北站桥上单开和渡线无缝道岔—桥梁有限元模型,研究温度场作用下无缝道岔与桥梁的相互作用。结果表明:在温度荷载作用下,单开道岔和渡线道岔区钢轨的纵向位移远大于横向位移,最大横向位移约为1~2mm,最大纵向位移约为20~30mm,但均小于钢轨位移允许限值40mm;单开道岔和渡线无缝道岔区钢轨的最大温度纵向力分别为1 303和1 340kN,均发生在连续梁梁缝附近约20m范围内,因此应加强该区域钢轨的监测和养护,防止出现夏季胀轨、冬季断轨的现象,且建议在梁缝处适当减小扣件阻力;单开道岔和渡线道岔区梁体的横向位移非常接近且均较小,最大值分别为2.7和2.8mm,但梁体的纵向位移差异较大,最大值分别为5.3和26.8mm,且均发生在梁端部;无缝道岔区钢轨的温度变形对桥梁的纵向和横向位移影响均很小,梁体均匀温升是引起梁体变形的主要原因,因此桥梁的养护维修可不必过于关注道岔区温度力的影响。

连续梁桥上无缝道岔温度力与变形影响因素分析

研究目的:桥上无缝道岔是跨区间无缝线路的一项关键技术。分析各种因素对道岔和桥梁的受力与变形的影响,总结出连续梁桥上无缝道岔受力与变形规律,是关系到客运专线运营安全的重要问题。研究方法:通过建立连续梁桥上无缝道岔的有限元计算模型,利用Ansys软件对连续梁桥上无缝道岔进行力学计算并作参数影响分析。研究结果:道岔布置位置和桥墩支座布置形式对系统受力和变形影响较大;增大岔区内道床纵向阻力和扣件纵向阻力,有利于控制道岔的位移;连续梁固定墩刚度增加能有效控制道岔各主要位移,同时能减小基本轨最大附加力;轨温变化幅度对系统受力和变形的影响非常显著。研究结论:道岔应避免布置在梁的端部并且尽量让道岔导轨与梁体反向伸缩;合理设计锁定轨温能有效地改善系统受力状况。

桥上无缝道岔交叉渡线无砟轨道影响因素分析

研究目的:基于有限单元法的桥上无缝道岔计算理论,针对桥上交叉渡线无缝道岔轨枕埋入式无砟轨道,建立桥上无缝道岔交叉渡线无砟轨道计算模型,研究轨温变化幅度、扣件阻力、凸形挡台刚度、桥梁布置等因素对钢轨、传力部件、凸形挡台、桥梁的受力与变形影响,并对今后桥上无缝道岔交叉渡线无砟轨道设计、施工以及养护维修提出建议。研究结论:(1)桥上无缝道岔交叉渡线无砟轨道结构复杂,应结合岔桥位置关系等具体情况进行检算;(2)与道岔匹配的Ⅱ型和Ⅲ型弹条扣件系统选择合理;(3)凸形挡台与底座板间胶垫刚度可取为250 kN/mm;(4)优先选择将其布置在对称结构的连续梁上,如布置在非对称的连续梁上,应结合具体情况选择合理梁型及支座布置形式,有利于控制整体结构的受力和变形;(5)本文研究可以为国铁、市域铁路和城市轨道交通的建设提供了理论依据并具有一定的参考意义。

市域轨道交通连续梁桥上的无缝道岔布置

市域轨道交通是介于高速铁路与地铁之间的轨道交通制式,其桥上无缝道岔设计不能完全按照高速铁路和地铁的相关规范。对某市域轨道交通 4 × 30 m 连续梁桥上单渡线道岔的无缝化布置进行了研究。根据道岔位移随道岔始端距梁缝距离的变化规律可知:当单渡线道岔始端距梁缝大于14 m 时,在伸缩力和制动力作用下转辙机处梁轨相对位移小于 5 mm,道岔钢轨强度和道岔位移满足无缝道岔布置要求。

市域铁路轨道系统关键技术创新

我国市域铁路轨道系统关键技术研究刚刚起步,尚不能满足目前市域铁路建设和发展的需求。以温州市域铁路为依托,结合市域铁路的功能需求和技术特点,开展无砟轨道、道岔、减振降噪、无缝线路等关键技术研究,研制扣件、道岔、减振产品等市域铁路轨道核心装备,形成我国具有自主知识产权的市域铁路轨道系统设计技术,研究成果为建立符合我国国情的市域铁路轨道技术标准体系提供了支撑,对促进我国市域铁路发展具有重要意义。

无缝线路钢轨纵向位移监测技术研究

为研究无缝钢轨位移变化情况,采用光学钢轨纵向位移监测设备和磁式钢轨纵向位移监测设备,对京沪高铁济南铁路局管内正线(K316+255)~(K691+895)无缝线路、正线道岔51组及黄河特大桥4组单向调节器在2012—2014年的位移变化情况进行观测,分析并给出了京沪高铁无缝线路、正线道岔及黄河特大桥调节器钢轨位移变化规律。

时速400 km宽轨距高速铁路道岔设计关键技术

道岔是实现列车转线运行的轨道结构,是高速铁路建设中的关键技术之一。为满足俄罗斯莫斯科至喀山高速铁路建设需求,基于高速道岔动力分析理论,设计了适合时速400 km宽轨距高速道岔,主要包括平面线型、直基本轨顶面加工廓形、翼轨垂向抬高结构和弹性均匀的岔区轨道刚度设计。为解决大温差地区高速道岔无缝化难题,研发了适应大伸缩量的新型钩型锁闭机构以及尖轨跟端传力结构型式,既保证了道岔的高平顺性又可有效传递温度力。另外基于有限元原理,建立高速道岔转换计算模型,对转换牵引点间距及其动程进行优化设计,可确保高速道岔可靠锁闭及有效控制长大可动轨件转换不足位移。