高速铁路WJ-7、WJ-8型扣件减振性能试验研究

在同时使用WJ-7、WJ-8型扣件的高速铁路无砟轨道线路上,进行现场锤击试验和线路动态行车试验,获得2种扣件轨道跨中轨头、扣件上方轨头以及轨道板振动响应结果,评估2种扣件系统减振效果。力锤敲击试验结果表明WJ-8型扣件轨道垂向振动衰减量比WJ-7型扣件轨道高20 dB左右。高速列车通过时,WJ-8型扣件轨道对钢轨振动有更好的衰减,主要由于CRTSⅡ型板式轨道为纵连式,CRTSⅠ型板式轨道为弹性支承单元板式,结构差异较大。研究结果可为高速铁路轨道结构减振方式的优化、设计、研究提供参考。

扣件系统横向刚度及抗倾翻试验研究:以WJ-8型扣件为例

为了对扣件系统横向刚度及抗倾翻性能进行研究,首先借鉴等间隔弹性点支承梁模型分析钢轨横向力学行为;然后,考虑钢轨自身截面特性,推导扣件系统横向刚度及抗倾翻系数计算公式;最后,设计并进行1组及3组WJ-8型扣件横向加载试验,验证分析及推导的合理性。试验结果表明:当钢轨整体扭转中心为轨底中心点时,钢轨自身扭转不可忽略,钢轨横向力及扭矩的传递过程都是非线性过程;1组及3组扣件试验得到的位移相对误差不超过6.8%,转角相对误差不超过9.5%;3组扣件试验允许加载范围更大,且更适用于非对称式扣件;WJ-8型扣件钢轨横移过程可按扣件横向反力的组成划分为钢轨滑移、线性变形和非线性变形3个阶段,钢轨倾翻过程可按钢轨轨底与轨下垫板接触形式划分为钢轨脱离和整体倾翻2个阶段。扣件横向刚度及抗倾翻系数可通过横向力-位移曲线、扭矩-转角曲线确定。

基于Dahl模型的WJ-8型常阻力扣件纵向阻力特性拟合研究

为研究WJ-8型常阻力扣件在不同环境下的服役性能,以紧固扭矩和环境温度为试验变量,进行了3组平行试验,获得3组扣件在不同温度和扭矩工况下的纵向阻力-位移曲线,揭示宽温域范围内扣件系统纵向阻力特性的演化规律。研究结果表明:在同一工况下,3组平行试验扣件的原始曲线形态基本一致,均可采用统一形式的幂指型函数较好地拟合;随着温度上升,不同扭矩下的扣件纵向滑移阻力总体上呈先增大后减小再增大的变化趋势,扣件纵向滑移阻力最大值和最小值分别出现在-10℃和40℃附近,前者约为后者的2倍,可见温度变化对WJ-8型常阻力扣件的纵向滑移阻力的影响不容忽视;不同温度下的扣件纵向滑移阻力基本上随扭矩增大而呈线性增大;在负温度环境下,纵向滑移阻力对扭矩变化的敏感程度要明显比正温度环境下的高;为满足纵向滑移阻力不小于9 kN的使用需求,在服役温度为30~45℃时,紧固扭矩不宜小于155 N·m。研究成果可为高速铁路无砟轨道铺轨作业提供参考,对于预测高速铁路基础结构服役性能、健全高速铁路运营安全保障体系也具有参考价值。

WJ-8型小阻力扣件纵向阻力温变特性研究

为评估高速铁路桥上无缝线路扣件对服役环境的适应性,以WJ-8型小阻力扣件为例,开展一系列室内纵向阻力试验。设置-30~60℃的环境温度和90~120 N·m的螺栓扭矩,在标准组装状态下按照10 kN/min的恒定速率加载,实时记录纵向力值及钢轨纵向位移值,每个工况加载4次。试验获得了4个不同扭矩和10个不同温度组合工况下的扣件纵向阻力-位移变化特征,分析得到温度、扭矩和纵向滑移阻力三者之间的映射关系。研究结果表明:1)不同工况下,扣件纵向阻力随位移的增大呈幂指型函数递增关系;不同扭矩作用下,扣件纵向滑移阻力随温度升高呈指数型函数递增关系;不同温度作用下,扣件纵向滑移阻力随扭矩增大呈线性递增关系。2)扭矩作用和温度作用对小阻力扣件纵向阻力均有影响,但扭矩作用基本不影响扣件阻力对温度变化的敏感性,反之亦然。3)当温度上升至40℃以后,在规范建议的90~120 N·m扭矩下,纵向滑移阻力均不再满足4±1 kN的要求。建议高温环境下适当减小螺栓扭矩,以便于桥上无缝线路附加力的释放。研究成果对于优化轨道结构设计、验证和完善无缝线路扣件纵向阻力取值计算理论具有参考意义。

WJ-7型无砟轨道扣件扣压力损失的室温蠕变试验研究

为了探讨室温（常温）蠕变对无砟轨道扣件扣压力损失的影响,通过试验研究分析室温蠕变对WJ-7型扣件扣压力的损失。分别进行保持扣件变形不变与保持初始扣压力不变的2组（各5套扣件）试验,在组装好的扣件相应位置埋设压应力传感器以测量扣件扣压力,在保持一定扣压力情况下,用T形螺栓螺母位移的变化表示弹条的蠕变变形量,对比分析2种情况下扣件蠕变规律及其对扣压力的影响。试验表明：在初始扣压力为10 kN,分别保持扣件弹条变形不变和保持扣件扣压力不变情况下,弹条蠕变分别为1.45 mm和2.12 mm,若都转化成扣压力的损失,则分别为1.00 kN和1.46 kN,且二者蠕变都是前期快后期慢,但后者蠕变时间更长,且蠕变量更大；在无车辆荷载作用下,轨下垫板变形是弹条变形的1/50~1/80,对弹条蠕变变形的影响可以忽略。

WJ-8型扣件弹性垫板低温动力性能及其影响研究

研究目的:为研究我国高速铁路WJ-8型扣件弹性垫板在莫喀高铁极低温环境中的适用性,本文利用配备温度箱的万能试验机测试WJ-8型扣件弹性垫板的低温动刚度和阻尼系数,并基于车辆-轨道耦合动力学模型,计算和分析莫喀高铁极寒气候和超高速行车条件下的安全性及平稳性,评价WJ-8型扣件在莫喀高铁中的适用性。研究结论:(1)WJ-8型扣件弹性垫板具有极强的低温敏感性,温度在-20℃之上时,弹性垫板动刚度和阻尼系数较为稳定,当温度低于-20℃时,弹性垫板的刚度迅速增大,而阻尼系数先增大后减小,在-45℃达到最大值;(2)考虑扣件系统动力特性随温度变化规律后,轮轨力和轮重减载率随温度的降低而增大,钢轨垂向动态位移随温度的降低而减小,车体平稳性Sperling指标受温度变化影响很小;(3)在莫喀高铁超高速客货混行和极低温气候条件下,只有高速客车轮重减载率无法满足规定的安全限值,成为影响WJ-8型扣件系统在莫喀高铁中适应性的关键因素;(4)本研究结论可为严寒地区高速铁路无砟轨道扣件系统弹性垫板的研发提供参考。

沪宁城际WJ-7B型扣件螺栓轴力衰减规律与复紧周期探讨

高速铁路扣件系统是轨道弹性、轨距、水平调整能力的主要提供者，扣件的可靠性关系到列车运行的安全性和旅客乘车的舒适度等，对于WJ-7B型弹性分开式扣件，其功能的正常发挥很大程度上取决于锚固螺栓的预紧力是否足够。以沪宁城际WJ-7B型扣件系统为例，推导扣件系统螺栓轴力计算方法;结合现场转角侧试结果计算锚固螺栓轴力的衰减规律。研究结论为：螺栓轴力稳定在40～60kN，满足横向力校核结果，在此基础上确定了复紧周期为3-4年。

基于WJ-12型扣件的双块式无砟轨道结构优化设计

既有双块式无砟轨道结构在以货为主的客货共线铁路上存在扣件、轨枕安全储备不足、道床开裂严重等问题,尚未推广应用。针对上述问题,对采用WJ-12型扣件、配套无挡肩双块式轨枕的无砟轨道进行结构优化,并将隧道地段基础不均匀沉降作为偶然荷载纳入作用效应组合,基于数值模拟和极限状态法对道床板配筋进行重新设计。结果表明:为便于养护维修、增强轨道绝缘性能,满足钢筋保护层厚度,隧道地段轨道结构高度建议调整为545 mm;为减少施工流程,提高无砟轨道施工及运营质量,建议双块式轨枕取消穿筋孔设置;与高速铁路双块式无砟轨道通用参考图对比,建议客货共线双块式无砟轨道距隧道洞口小于200 m范围加强横向配筋,大于200 m范围加强纵向配筋。

WJ-7B型扣件锚固螺栓松动原因及防松对策

高速铁路扣件在保证轨道稳定性、可靠性方面发挥着重要作用。对于有螺栓式扣件系统,锚固螺栓的可靠性很大程度上决定扣件系统功能的正常发挥。通过以沪宁城际铁路WJ-7B型弹性分开式扣件系统为例,总结扣件锚固螺栓松动的原因,分别从设计、施工和运营方面提出防松对策,进而提出相关的养护维修建议。

WJ7、WJ8型扣件纵向阻力现场试验与研究

我国客运专线无砟轨道设计中广泛采用WJ 7、WJ 8型扣件,其扣件纵向阻力是进行无缝线路设计的重要参数。为合理确定WJ 7、WJ 8型扣件纵向阻力,设计一种有效的无砟轨道扣件纵向阻力测试方案,简述基本原理,通过在武广客专武汉综合试验段对WJ 7、WJ 8型常阻力扣件及WJ 7、WJ 8型小阻力扣件的纵向阻力现场测试,以及对实测数据的数理统计分析,确定了WJ 7、WJ 8型扣件纵向阻力的合理取值,研究结果可为无砟轨道无缝线路设计扣件纵向阻力取值提供参考。

基于弹条与T型螺栓受力安全的WJ-7型扣件安装扭矩最大限值分析

为了合理确定高速铁路无砟轨道WJ-7型扣件安装扭矩最大限值,建立高速车辆-轨道耦合动力学模型,计算分析钢轨垂向动位移变化特征,进而构建WJ-7型扣件系统有限元模型。以钢轨位移和扣件安装扭矩最大限值为输入荷载,分析扣件安装扭矩对弹条及T型螺栓应力状态的影响,提出扣件安装扭矩最大限值的取值建议。结果表明:WJ-7型扣件弹条及T型螺栓所受应力随扣件安装扭矩的增大而增大;在扭矩作用下,T型螺栓应力较大区域为根部和中部,弹条应力较大区域为前肢、中肢和后肢,且前肢所受应力最大;对于时速250、300、350 km高速铁路,为保证WJ-7型扣件系统弹条及T型螺栓受力安全,应避免T型螺栓安装扭矩过大,建议其安装扭矩最大限值分别取140、130、120 N·m。

WJ-7型扣件横向阻力试验研究

为确定轨条碎弯时WJ-7型扣件的横向刚度取值,在实验室条件下,对一段安装了一组扣件的短钢轨加载横向力,测量扣件铁垫板和钢轨截面轨头、轨腰、轨底的横向位移,考虑到试验误差,只取均匀性较好5组数据分析横向力与位移之间的关系。试验结果表明:铁垫板位移随横向力的加载呈线性增加;以铁垫板产生单位位移所需施加的横向力表征横向刚度,常阻力扣件横向刚度在143.7～162.1 kN/mm,小阻力扣件横向刚度在130.2～138.9 kN/mm;钢轨截面各位置横向位移曲线由二次抛物线和直线两部分组成。

WJ-7型无砟轨道扣件弹条强度分析

为了分析WJ-7型扣件弹条成型后的强度和工作时的受力状态,首先通过拉伸试验得到成型后弹条材料的抗拉强度;然后采用MIDAS有限元软件进行数值模拟,得到弹条在不同扣压力下的等效应力分布规律;最后通过应变电测方法,得到弹条在不同扣压力下各测点的等效应力。结果表明:不同扣压力作用下弹条最大等效应力均在弹条跟端位置,且在扣压力为12 k N时弹条跟端等效应力超过弹条的抗拉强度,但由于预压和抛丸工艺对弹条表面的强化作用,不会导致弹条失效。

聚四氟乙烯胶垫配套WJ-7型扣件纵向阻力特性研究

为得到采用聚四氟乙烯胶垫的WJ-7型扣件纵向阻力特性,在不同工况下对扣件纵向阻力进行试验测试,并建立桥上CRTSI型板式无砟轨道无缝线路计算模型,分析采用聚四氟乙烯胶垫扣件系统在桥上无缝线路的使用性能。研究结果表明:对比普通胶垫,WJ-7型扣件采用聚四氟乙烯胶垫可以显著降低扣件纵向阻力,但容易发生胶垫窜出现象,将聚四氟乙烯胶垫与普通胶垫作黏结处理后对其纵向阻力影响很小;扣件纵向阻力随聚四氟乙烯胶垫厚度增大而减小;轨底作除锈处理对采用普通轨下胶垫与复合胶垫的扣件系统纵向阻力影响较大,对采用聚四氟乙烯胶垫扣件系统纵向阻力影响很小;与采用复合胶垫相比,扣件系统采用聚四氟乙烯胶垫时钢轨附加力及纵向位移会略微增大,当胶垫窜出时,在桥端2块轨道板采用聚四氟乙烯胶垫可明显减小钢轨附加力及纵向位移,并显著降低凸型挡台承受的纵向力。

典型环境条件对WJ-7型扣件B类橡胶垫板静刚度的影响

我国高速铁路无砟轨道广泛采用WJ-7型扣件B类橡胶垫板(简称WJ-7B垫板),其静刚度直接影响车辆运行的稳定性。选取不同环境特点的8条高速铁路的代表性路段,对其WJ-7B垫板的使用情况进行现场调研;利用试验机模拟紫外线、臭氧、高温高湿、高温、低温5种典型老化环境,测试WJ-7B垫板在不同条件下的静刚度变化,分析不同环境条件对垫板静刚度的影响规律。结果表明:垫板静刚度受高温、高温高湿影响最大,其中高温是静刚度增大的主要原因,而湿度对静刚度的影响甚微;其次为紫外线、臭氧;低温对垫板静刚度影响较小,且其影响是一个可逆的过程。建议从改善材料的耐高温老化性能方面对产品进行优化,提高WJ-7B垫板刚度的稳定性。

WJ-8型小阻力扣件轨下胶垫滑出纵向阻力试验研究

大跨桥梁端处的小阻力扣件轨下橡胶胶垫滑出现象较为普遍,为确定轨下胶垫滑出后扣件纵向阻力值及其变化规律,以客运专线无砟轨道常用的WJ-8扣件为例,开展不同轨下胶垫滑出量条件下的扣件纵向阻力试验,测试5种不同轨下胶垫滑出量时扣件纵向阻力—位移关系;采用最小二乘法对试验数据进行曲线拟合,得出5种不同轨下胶垫滑出量时扣件纵向阻力双线性表达式。研究结果表明:随着轨下胶垫滑出量的增加,扣件纵向阻力值减小,胶垫滑出量在60 mm以内时,扣件纵向阻力受胶垫滑出量影响明显,当胶垫滑出量大于60 mm后,扣件纵向阻力变化不大。

WJ-7型高速铁路扣件胶垫刚度温变性的测试与分析

研究WJ-7型扣件胶垫刚度值在环境温度20^-60℃的变化规律,探讨其温变刚度对轮重减载率与扣件支反力的影响。利用配备温度箱的万能试验机,进行WJ-7型扣件胶垫温变刚度试验,论述和分析试验过程及结果。分析WJ-7型扣件胶垫刚度的温变性对列车动力特性及钢轨动力响应的影响,得出WJ-7型扣件胶垫刚度的温变性对CRH_2型动车组的轮重减载率影响显著;在-20℃低温时,WJ-7型扣件胶垫的温变性对高速铁路扣件支反力有明显影响等结论。

WJ-7型扣件弹条试验及疲劳性能研究

通过对WJ-7型弹条进行试验研究,采用两种方法控制施加荷载,一种是施加不同大小的荷载,从32.5 kN开始以2.5 kN为增量增加到37.5 kN;另一种是通过施加不同荷载所对应的位移幅值来控制,将荷载从32.5 kN增加至37.5 kN,其中以25 kN时的平衡位置为中值并作为控制位移。通过线性拟合和指数拟合得出结论可知,在压力控制下,37.5 kN荷载时试样寿命较短,弹条产生塑性变形,弹条扣压力小于正常扣压力值9 kN,中圈位移接近位移上限,弹条失效。32.5 kN荷载时疲劳循环次数增多,但曲线变化趋势不变,弹条最终失效断裂。对于以荷载对应的位移幅值控制的弹条,整体变化情况与压力控制下相似,但扣压力和中圈位移的变化范围相对于压力控制下增大,变化趋势与压力控制下一致,最终均以弹条扣压力<9 kN、弹条中圈位移接近上限而失效断裂。

高速铁路用WJ-8型扣件弹条模态特征试验研究

高速铁路无砟轨道在钢轨波浪形磨耗或车轮多边形磨耗等影响下扣件产生共振导致弹条断裂的情况时有发生。WJ-8型扣件是我国高速铁路无砟轨道结构常用扣件,为了分析其弹条断裂损伤机理,采用锤击激励法对扣件弹条的模态特征进行了试验研究。结果表明:标准安装状态下WJ-8型扣件配套使用的W1型弹条在0～1 000 Hz频率范围内具有2阶模态,第1阶模态振型为弹条两侧肢以扣压端和支承端为支点反对称外翻振动,两侧肢的振动方向相反,第2阶模态振型为弹条两侧肢以扣压端和支承端为支点对称外翻振动,两侧肢的振动方向相同;弹条固有频率波动与安装状态有关,可通过调整弹条安装状态,避免弹条在轮轨的高频激励下产生共振,从而减轻弹条伤损。

WJ-8型小阻力扣件轨下橡胶垫板滑出动力学研究

基于轨下胶垫滑出后扣件支撑刚度减小和轮轨系统动力学基本原理,建立车辆-轨道-桥梁垂向耦合动力学模型,计算分析轨下胶垫滑出对车辆与轨道结构的动力学性能的影响,得出以下结论:(1)随着轨下胶垫滑出量的增加,车辆与轨道结构的振动加速度、钢轨与道床板的垂向位移、最大轮轨力、减载率均有增大趋势;最小轮轨力有减小趋势;且随着轨下胶垫滑出量的增加,车辆以及轨道结构的动力学指标的变化趋势逐渐增大。(2)基于车辆以及轨道结构的动力学指标,轨下胶垫滑出量不宜大于120 mm。