基于离散元-有限差分耦合的轨枕垫对有砟道床横向阻力的影响机制

轨枕垫(USP)因其良好的减震性能已广泛应用于铁路轨道结构,现有研究大多集中于USP对轨道结构刚度和振动响应的影响,但对有砟道床横向阻力影响的研究很少。为深入分析USP对道床横向阻力的影响并揭示其作用机理,建立轨枕-USP-有砟道床-路基三维系统的精细化离散元-有限差分(DEM-FDM)耦合数值模型,采用典型重载铁路有砟道床横向阻力现场实测结果对模型进行标定和验证,进而模拟分析不同工况组合下USP对轨枕不同位置处(枕底、枕侧和枕端)的横向阻力、道砟颗粒运动和粒间接触力等宏微观指标的影响机制。研究结果表明:在相同的轨枕横向位移下,相较于无USP的轨枕,带USP的轨枕其枕底道砟颗粒运动范围更大,横向阻力也更大,且横向阻力增加部分主要来源于枕底USP的不平整性;USP刚度越大,道床横向阻力也越大;采用USP可增加枕底的横向剪应力和最大法向接触力,且两者数值均随USP刚度的增大而增大。

基于离散元法的桥隧区段道砟垫铺设宽度研究

有砟轨道在桥隧区段刚性下部基础条件下更容易发生劣化,通常采用铺设弹性道砟垫的方式来改善有砟轨道的受力状态。本文采用离散单元法建立高速铁路有砟道床仿真模型,分析了刚性基础条件下不同工况道床动刚度、道砟颗粒间接触力、道床底部道砟与基础之间接触力的差异。结果表明:道砟垫宽度超过轨枕长度后,再增加道砟垫的铺设宽度所带来的改善效果不明显;双块式铺设形式会造成轨枕中部应力集中,使得道砟接触力增大,轨枕受跨中负弯矩的不利影响。对于高速铁路桥隧区等刚性下部基础条件的有砟轨道结构,建议道砟垫铺设宽度取2 600 mm,与轨枕等宽,中心线与轨枕中心线重合。

弹性轨枕与道砟垫组合有砟轨道结构减振效果分析

以西安地铁16号线一期工程沙河滩车辆段规划上盖小学建筑区域为工程背景,开展不同车速下轨道结构减振响应现场测试,并与普通碎石道床进行对比,利用分频振级和最大Z振级两种评价指标研究弹性轨枕与道砟垫有砟轨道结构的组合减振效果。结果表明:采用弹性轨枕减振垫碎石道床时,曲线地段钢轨和轨枕的垂向加速度比直线地段有明显增大,而地表加速度差别不大;随着列车速度增大,钢轨、轨枕和地表的垂向加速度总体呈增大趋势,曲线地段加速度变化波动明显,建议该曲线地段列车运行速度小于15 km/h;弹性轨枕减振垫碎石道床减振频段为4~100 Hz,与普通碎石道床相比,两种减振指标条件下弹性轨枕减振垫碎石道床的减振效果均达12 dB以上,减振效果良好。

新型网孔式弹性道床垫减振性能研究

弹性道床垫减振轨道的技术核心在于设置在轨道板下的弹性道床垫。鉴于既有USM型弹性道床垫存在的自身结构特征导致材料利用率不高的缺点,提出一种材料利用率更高的新型网孔式弹性道床垫。分别建立USM型弹性道床垫、单层网孔式弹性道床垫和双层复合网孔式弹性道床垫有限元模型,通过对比研究发现,网孔式弹性道床垫相较于既有USM型弹性道床垫,具有应力低且分布均匀,阻尼耗能能力更强的特性。基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立车辆-弹性道床垫减振轨道耦合动力学模型,评价新型网孔式弹性道床垫减振轨道的减振性能和稳定性。对比分析发现,同刚度条件下,网孔式弹性道床垫减振轨道的减振性能可以显著提升,并且对车辆的运行品质和轨道系统的稳定性不会造成负面影响,其对应的钢轨和轨道板的垂向振动加速度均有不同程度的降低。

道砟-软枕垫相互作用的离散元-柔性体耦合分析

随着铁路列车的高速重载化,路桥过渡段的不均匀沉降与道床劣化问题日益严重。通过在轨枕下方铺设轨枕垫,可以有效改善有砟轨道应力分布从而减少轨枕沉降。为探究轨枕垫-道床-路基的力学传递机制,采用离散元-多柔性体动力学耦合方法建立了道砟箱和轨枕垫模型,从细观上分析动荷载下道砟-轨枕垫相互作用。通过建立全尺寸路桥过渡段耦合模型,研究铺设轨枕垫措施的减振效果及效能评价。研究结果表明,铺设轨枕垫后,道床沉降和刚度分别减小了约27.3%和39.7%;柔性轨枕垫增大了轨枕与道砟的接触面积,使道砟颗粒间最大接触力减小了约26%,与试验结果吻合;通过在全尺寸路桥过渡段中铺设轨枕垫,测得过渡路基区的最大沉降减少了约9.2%,桥梁路基区的最大应力减小了约18.3%,且道砟颗粒振动加速度峰值减小了约14.1%。研究证明轨枕垫可有效改善轨枕-道砟界面接触和过渡路基区的应力应变等动态响应,具有良好的防灾减灾效果。

多等级减振预制道床减振效果及振动位移研究

为了研究不同等级复合减振预制道床的减振效果,以青岛新建地铁4号线张彭区间隧道段为研究对象,测试70km/h的速度下高、中等级复合减振垫预制道床轨道和普通道床轨道的振动及位移响应,通过引入铅锤Z振级分频振级均方根值及Z振级传递损失进行综合评价,分别在时域和频域内对2种减振等级的复合减振垫预制道床轨道和普通道床轨道的振动特性进行对比分析,结果表明:(1)3种不同减振类型道床轨道的隧道壁分频振级均在50~80Hz处达到最大,高等、中等减振道床与普通道床相比较,其减振效果(分频振级均方根差值平均值)分别为13.9 dB和8.5 dB;道床与隧道壁之间的Z振级传递损失值分别为45.8 dB和35.1 dB;(2)高等、中等减振道床以及普通道床在实际运营过车时,道床垂向位移分别为2.298、0.265和0.058 mm,道床横向位移分别为0.058、0.025和0.019 mm。多等级减振通用预制道床对20 Hz以上振动减振效果明显,同时可根据不同需求自由选择和更换减振等级,对减振通用预制道床的发展具有一定的指导意义。

板式无碴轨道用充填式垫板的研制与应用

对板式无碴轨道用充填式垫板所用树脂基体、增强芯材、注入袋材料进行优选,对垫板进行了落球冲击试验,并在火车线路上进行了现场施工和试用,效果良好,能满足高速铁路轨道安全要求。

水害条件下弹性道床垫减振轨道的性能研究

为研究弹性道床垫减振轨道在隧道遇水不利情况下的耐久性及稳定性，通过设计室内原型试验，测试分析泡水疲劳前后轨道结构部件的性能变化，并基于试验结果和轮轨系统动力学理论，分析泡水疲劳前后弹性道床垫减振轨道的减振性能变化规律。研究结果表明：（1）疲劳后轨道结构各部件功能保持稳定，该减振轨道具有良好的耐久性：（2）泡水疲劳试验前后，扣件系统的刚度变化率为1．40％，道床垫刚度变化率为5．95％：（3）弹性道床垫减振轨道具有稳定良好的减振性能，相比普通整体道床轨道结构，能够有效降低车体、轮对及钢轨在中心频率为40～60Hz区间内的振动加速度级。

压载土工布垫护脚技术在长江防护堤中的实践研究

传统的堤防护脚结构不设反滤层,整体性差,易存在安全隐患,造价高.介绍了压载土工布垫技术在长江防护堤中的应用,论述了该技术的性能、原理、施工工艺流程、施工技术要求,表明该技术克服了传统技术的不足,具有施工质量优良、速度快、造价低、操作方便等优点,可以在类似工程中推广应用.

新型钢枕道床横向阻力试验与分析

研究目的:钢枕具有100%可再生、可循环利用的优势,适用于不同速度、轴重、轨距的线路;设计和应用灵活,能够降低桥隧建筑结构高度;钢枕安装和运输方便,在"一带一路"国家中均有大量应用。由于钢枕结构和材质原因,其道床阻力较低,限制了钢枕应用范围的扩大。本文通过采用加肋和设置橡胶垫方式来提高钢枕道床横向阻力,进行不同条件下道床横向阻力试验研究。研究结论:(1)普通钢枕道床横向阻力为Ⅲc型混凝土轨枕的51. 9%~62. 4%,远低于普通铁路无缝线路设计要求,需要进行加强;(2)钢枕枕底、肩部及枕心道床横向阻力分担依次为52. 8%~74. 7%、11. 3%~37. 4%、9. 9%~14. 0%;(3)肋板可显著提升钢枕道床横向阻力,其作用优于砟肩堆高和加宽,且横向阻力随肋板数目增加而提高;(4)橡胶垫复合钢枕道床横向阻力均高于普通钢枕,大凸型增加比例为3. 0%~5. 9%,小凸型增加比例为22. 2%~25. 5%;(5)本研究成果可为扩大钢枕应用范围提供参考。

重载铁路有砟轨道用弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法研究

在重载铁路有砟轨道区段铺设弹性轨枕可有效降低轮轨相互作用,减缓桥隧区段道砟粉化,从而延长轨道结构养护维修周期。有砟轨道弹性轨枕枕下垫层静刚度值是结构体系中的重要参数,直接影响弹性轨枕的应用效果。我国早期制定的标准中弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法不尽合理。本文在总结对比国内外标准的基础上,结合室内试验,对弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法从枕下垫层静刚度大小的评估方法、试件的制作及支承状态、静刚度计算时荷载取值范围三个方面进行了优化,可为我国重载铁路有砟轨道弹性轨枕结构设计提供参考。

地铁隧道内碎石道床轨道结构减振特性分析

针对目前地铁隧道内碎石道床减振性能不明确的问题,建立了车辆-碎石道床-隧道-土体空间耦合动力学模型,分析了碎石道床对隧道振动特性的影响,并与传统隧道内整体道床结构进行了对比.研究结果表明:相较于整体道床,碎石道床隧道壁1.5 m处振动加速度可减小31.4%,最大减振量为4.29 dB;随道床厚度的增加,道床及隧道壁加速度均不断降低,综合考虑减振需求、隧道限界及养护维修要求,建议地铁隧道内碎石道床厚度取350 mm;单独采用轨枕垫时,隧道壁1.5 m处加速度降低45.35%,最大减振量可达8.51 dB,对应中心频率80 Hz;单独采用道砟垫时,隧道壁1.5 m处加速度降低49.19%,最大减振量可达10.52 dB.地铁隧道内采用碎石道床轨道结构,具有良好的减振效果,可作为地铁隧道内减振轨道使用.

正交异性板道砟桥面钢桁梁设计

以96 m正交异性板道砟桥面钢桁梁为研究对象,根据主桁下弦杆为拉弯构件的受力特点,设计中适当增大主桁下弦杆的竖向抗弯刚度。通过取消传统的钢混组合式道砟槽板,采用新型MMA防水体系+CAP轻质垫层+钢挡砟墙桥面系布置,减小二期恒载30%以上,有效减小了主桁用钢量。为了解决正交异性钢桥面板活载加载计算工作量大的问题,提出了正交异性板桥面系虚拟影响面加载法。钢桁梁的各项刚度指标分析结果表明:本桥具有较大的整体刚度,满足200 km/h的列车行车速度要求。结合桥址实际情况,在钢桁梁小夹角上跨既有铁路状况下,采用转体施工法进行钢桁梁架设。

有砟轨道混凝土轨枕枕下弹性垫板技术研究

弹性轨枕是指在混凝土轨枕底部粘贴弹性垫板而构成具有一定弹性的轨枕,弹性轨枕结构对于轨道的刚度均匀化、减少道床应力、减轻道床及下部基础的冲击效应具有良好效果。研究总结奥地利、法国、英国、西班牙等国外常用的枕下弹性垫板技术方案和我国前期研究设计的枕下弹性垫板技术方案,分析不同方案在连接方式、成形工艺以及弹性垫板底表面设计等方面各自特点和不足。通过对国内外枕下弹性垫板技术方案的总结分析,提出枕下弹性垫板的设计应综合考虑产品性能和生产制造便利性、弹性轨枕的弹性和稳定性应统一设计的理念,相关建议可为我国枕下弹性垫板技术的深化研究提供借鉴。

深水无掩护海域三向土工垫施工技术

针对在深水无掩护海域铺设三向土工垫易出现漂浮、翻转、折叠等质量及施工效率较低等问题,进行现场调查与统计,找出问题的要因,并制定相关对策。通过匹配排体下放长度与移船距离、引进专业铺排船、加密压载点等改进措施,完成了铺排试验。结果表明:搭接宽度合格率为96.7%,轴线偏移合格率为95.7%,施工效率提高33.3%,经济效益显著。

弹性轨枕对重载铁路有砟轨道结构受力及变形特征的影响

建立重载轨道结构有限元模型,分析了列车荷载作用下,不同枕下垫板刚度、不同道床厚度条件下铺设弹性轨枕对重载铁路有砟轨道结构受力及变形特征的影响,并与铺设普通轨枕地段进行了对比。结果表明:枕下垫板刚度对有砟轨道结构受力和变形特征影响较大,随着枕下垫板刚度增大,钢轨的垂向位移逐渐减小,钢轨支点反力、道床垂向位移、道床与基底的垂向应力非线性增大;对于重载铁路,枕下垫板刚度在70~100 kN/mm取值既可控制钢轨垂向位移不超过1.8 mm,又可减轻轨道部件受力、延长道床养护维修周期;道床厚度相同条件下弹性轨枕地段钢轨、道床的垂向位移大于普通轨枕地段,而钢轨支点反力、道床压应力、轨枕弯矩均有所降低,其中钢轨支点反力降低了8.6%,道床最大压应力降低了4.5%,枕中截面负弯矩降低了41.3%。

聚氨酯材料在高速铁路上的应用

综述了近来聚氨酯材料在高速铁路上的应用研究进展,涉及无砟轨道灌封胶,道砟胶,弹性垫板,防水涂料,弹性轨枕以及调高支座等。