平曲线上大调整量弹性支承块式轨道结构动力响应规律分析

基于车辆-轨道耦合动力学及有限元方法,采用ABAQUS®-MATLAB®联合仿真技术,建立车辆-钢轨-弹性支承块式无砟轨道耦合动力学模型,研究不同的车辆类型在多种平曲线线型条件下大调整量弹性支承块式无砟轨道的动力响应特性,分析并评估弹性支承块式无砟轨道用于小半径曲线线路条件的适用性和可行性。研究结果表明:轨下垫板高度的调整对各项指标的影响比支承块帽檐高度调整对各项指标的影响小,当调高从-60 mm增加到60 mm时,轨距扩大量增幅达到了235.00%,当且仅当在调低或调高轨下垫板高度时,轨距扩大量才会发生明显变化;随曲线半径减小,轨距扩大、行车安全性、稳定性等指标随之增大;小曲线半径对支承块的轨距保持能力具有较大影响,当半径减小到2 800 m时,轨距扩大量相比于半径5 000 m的增大了67.50%;与客车相比,当货车运行至小半径曲线路段时,轨距扩大量具有明显的增大趋势,在相同运行条件下,相比于客车的轨距扩大量,货车的轨距扩大量增幅达到110.45%。总体而言,在不同曲线半径、支承块调高情况下,列车运行各项安全性、稳定性及轨距扩大量等指标均在规范规定的安全限值以内,总体来看轨道几何保持能力良好;在实际工程中,当列车尤其是货车经过小曲线半径路段时,应尽量降低行驶速度,以避免困难路段所带来的影响行车安全性、稳定性等隐患。

重载和客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道快速换块关键技术

为选取合适的弹性支承块式无砟轨道抬轨换块施工参数,建立有限元模型,研究了抬轨点间距、扣件松开长度、抬轨量以及施工轨温与锁定轨温的温差对轨道结构变形和受力的影响,明确各参数最佳取值,提出存在空吊、离缝、套靴积水等病害的弹性支承块式无砟轨道快速换块施工方法,并在现场进行应用。结果表明:抬轨点间距宜取1.2~3.6 m,此时钢轨弯折变形较小,且钢轨拉力和扣件上拔力较小;抬升点间距每增加1.0 m,温差限值增加1℃。抬轨量16 cm,抬轨点间距1.2 m时,扣件松动长度宜大于31.8 m;温差每升高1℃,扣件松开长度应减少2.4 m。钢轨最大拉应力和扣件最大上拔力随抬轨量增加而增大,抬轨量每增加1 cm,钢轨最大拉应力增大0.66 kN,扣件最大上拔力增大0.075 MPa。

弹性支承块式无砟轨道的减振机理

为了揭示弹性支承块式无砟轨道的减振机理,为轨道减振设计提供理论依据,运用模态分析法,分析扣件刚度、块下胶垫刚度及部件刚度匹配对轨道减振效果的影响,结果表明：扣件刚度对钢轨570 Hz以下的振动具有较好的减缓作用,对钢轨的高频振动基本没有减缓作用;降低块下胶垫刚度能提高块下胶垫的减振效果;扣件与块下胶垫刚度同取为20-40 kN/mm时,钢轨与支承块将产生共振作用,较高的扣件刚度与较低的块下胶垫刚度相匹配,能提高轨道的减振效果。

路基沉降与双块式无砟轨道轨面几何变形的映射关系

针对土质路基上双块式无砟轨道典型结构,分别建立Winkler弹性地基叠合梁解析模型和考虑层间接触非线性的轨道-路基空间有限元模型,对路基不均匀沉降引起的无砟轨道轨面几何变形特征及其与路基沉降波长、幅值之间的对应关系开展了研究。结果表明:余弦型路基不均匀沉降向上传递至轨面时,变形形式基本不变,在沉降边缘区域钢轨存在微小的局部上拱,变形范围相对于路基有所扩散;轨面几何变形曲线可由波长、波深和局部上拱幅值3项特征确定,且各项特征受路基不均匀沉降波长和幅值的综合控制,均可描述为路基沉降波长和幅值的函数;当路基不均匀沉降较平缓时,上部轨道与路基结构能保持较高的跟随性,轨面与路基变形差异很小;随着沉降幅值增大或范围缩小,双块式无砟轨道因较强的整体性而极易与路基表面出现离缝,轨道结构与路基之间会形成明显的沉降差,此时,轨面不平顺和轨下空吊同时存在,给无砟轨道的服役寿命和列车的安全平稳运营造成隐患。

重载铁路弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力计算分析

弹性支承块式无砟轨道结构整体弹性较好,有利于降低轮轨相互作用力并减缓对隧道基底的振动冲击,是重载铁路长大隧道内较为适宜的轨道结构形式。但弹性支承块式无砟轨道采用两个独立的弹性块体支承钢轨,其保持轨道几何状态,尤其是保持轨距的能力相对较弱。本文通过有限元模型计算,结合室内相关试验结果,研究分析了重载条件下弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力的影响因素。结果表明:增大支承块的长度、宽度以及埋深,可减小支承块横向间距扩大、轨距扩大、钢轨转角和支承块转角;当支承块埋深不变时,增大支承块高度对轨距扩大、钢轨转角及支承块转角的控制不利;增大支承块套靴侧向刚度,可减小支承块横向间距扩大、轨距扩大、钢轨转角和支承块转角;增大轨下垫板刚度和支承块下垫板刚度,轨距扩大不断减小,但轨下垫板刚度的增加主要是降低钢轨转角,对支承块的几何状态影响不大,而支承块下垫板刚度的增加主要是降低支承块横向间距扩大,对钢轨转角的影响较小。

高速铁路长大桥梁CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道无缝线路影响因素分析

研究目的:当大跨度连续梁桥上铺设了CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构之后,其梁轨相互作用机理更加复杂,原有的计算方法、计算模型及设计参数可能不再适用。针对既有研究的不足,本文基于有限元方法建立纵横垂向空间耦合模型,对道床板和底座板年温差、扣件纵向阻力、橡胶垫板弹性模量和隔离层摩擦系数等设计因素的影响规律进行计算与分析,为高速铁路长大桥梁CRTSⅠ型双块式无砟轨道无缝线路的设计参数的选择提供参考。研究结论:在进行设计与检算时,应根据不同地区的实际情况分别选取当地不同的年温差作为道床板和底座板的温差取值;通过在桥上采用小阻力扣件,可以明显降低钢轨最大纵向附加力及轨道结构的受力,但当扣件纵向阻力较小时,在长大桥梁的梁端处,扣件的爬行量较大,需要重点加以关注;在限位凹槽周围侧面应设置高弹橡胶垫板;道床板和底座板之间应尽量采用较小摩擦系数的隔离层。

弹性支承块式无砟轨道高频动力学特性分析

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立车辆-轨道垂向耦合动力学模型,对弹性支承块式无砟轨道进行动力学研究。以短波波磨谐波激励和焊缝区不平顺激励作为激励模型,计算了不同扣件刚度和块下胶垫刚度组合情况下,轮轨力的变化以及轨道系统的振动响应,并与其它文献资料进行比较分析。结果表明:刚度参数设计合理支承块式无砟轨道具有良好抗高频振动、抗冲击能力,较高扣件刚度和较低块下刚度以及适当增大支承块质量,有利于降低轮轨力、提高弹性无砟轨道的抗振性能。

重载铁路隧道内弹性支承块式无砟轨道施工中不同工装的对比分析

结合山西中南部铁路通道红岭隧道弹性支承块式无砟轨道施工,简要介绍了整体轨排框架法、简易轨排架法两种无砟轨道施工工装的基本构成、施工工艺流程及其物流组织选择,同时从施工过程中投入的费用、物流循环速度、混凝土收面质量、直曲线地段精调、混凝土浇筑前后轨道几何形态控制、施工功效等方面对比了两种工装的优劣,提出了两套工装在保证质量、提升功效方面的优化方案,可为类似工程在工装选择时提供参考。

弹性支承块式无砟轨道支承块的合理埋深研究

弹性支承块式无砟轨道系统在世界各国铁路和城市轨道交通建设中得到广泛应用,文中建立了弹性支承块式无砟轨道支承块埋深有限元分析模型,探讨了设计速度200 km/h、250 km/h、300 km/h客运专线,以及初期兼顾货运或客货共线快速铁路支承块埋深对轨头横移的影响。计算表明:弹性支承块式无砟轨道支承块埋得越深,轨道抵抗轮轨横向变形的能力越强。从轨道几何形位变化评判角度,弹性支承块式无砟轨道可应用于设计速度200 km/h客运专线或设计速度200 km/h客货共线铁路,弹性支承块式无砟轨道支承块合理埋深应在130 mm以上。

客运专线弹性支承块式无砟轨道动力分析

为研究弹性支承块式无砟轨道的动力特性,运用动力学基本原理,分析了扣件刚度、块下胶垫刚度与阻尼不同匹配以及轨枕块质量对基础受力的影响。结果表明:在满足轨道整体刚度时,扣件和枕下胶垫应尽量采用较小刚度值;对于不同激振频率段,应分别对待扣件和枕下胶垫阻尼取值;弹性支承块质量也如此。

客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道伤损分析及整治

针对客货共线铁路长大隧道内弹性支承块式无砟轨道结构在运营后出现支承块开裂、道床高程控制不到位等病害的问题,通过现场调研,分析了弹性支承块式无砟轨道的病害原因,明确了支承块橡胶套靴帽檐与道床表面的位置关系,并给出了相应的整治措施。建议严格控制道床表面高程,确保其低于橡胶套靴帽檐底部2 mm;道床板混凝土不得与支承块固结,以免对支承块受力产生不利影响;当整体道床高于设计高程且落道量在50 mm以内时,推荐采用支承块下沉+轨排架过渡的整治方案;在能够保证支承块强度及扣件抗拔力满足设计要求情况下,可以使用异形支承块方案。整体道床施工过程中应严格控制轨面高程。

弹性支承块式轨道桥梁结构地震响应分析

为研究弹性支承块式轨道结构对地震作用下桥梁结构位移、内力的影响,以某3跨预应力混凝土连续箱形高架轨道桥为例,利用Midas Civil软件建立考虑和不考虑具体轨道结构形式的高架轨道桥梁有限元模型,分析典型地震波作用下该高架桥梁的地震响应。结果表明:考虑具体轨道结构形式模型的连续梁桥主梁的位移、跨中正弯矩、支点负弯矩及支座处剪力均明显小于不考虑轨道结构形式模型的相应值,对主梁结构来说,设计中不考虑轨道结构形式是一种偏安全的设计方法,而考虑轨道结构模型的桥墩墩顶位移可能大于不考虑轨道结构形式模型的相应值,为安全起见,在进行轨道桥梁桥墩的抗震设计时应当考虑具体轨道结构形式的影响。

设置减振垫层的双块式无砟轨道分块长度静力学分析研究

针对穗莞深城际隧道内需进行特殊减振,但现场预留轨道结构高度受限的实际情况,推荐采用设置减振垫层的双块式无砟轨道,并对单元板长度的合理取值通过建立有限元模型进行了静力学计算分析。通过建立梁-板模型进行钢轨及轨道板的受力分析,结果发现钢轨垂向位移及道床板应力不控制道床板分块长度设计,故综合规范及维修性、施工组织等多方面因素,最终确定了合理的道床板长。

长大坡道上弹性支承块式无砟轨道稳定性研究

某铁路长大连续坡道上存在大量的凹曲线路段,在长大坡道的凹曲线上铺设的弹性支承块式无砟轨道由于竖向约束较弱,在列车荷载、温度力、制动力等作用下,可能发生竖向失稳。因此,有必要对长大坡道上弹性支承块式无砟轨道的适应性进行分析。文章根据弹性支承块式无砟轨道的结构特点和在长大坡道上力的传递机理,建立了有限元分析模型,分析了直线坡道和凹曲线上弹性支承块轨道在不同温度荷载、不同坡度上的钢轨纵向力和位移变化情况。结果表明:(1)在直线地段,各种工况下的钢轨纵向位移较小,不会出现爬行现象,弹性支承块轨道对坡道的适应能力较好;(2)在凹曲线地段,温度力作用下的弹性支承块式无砟轨道轨枕可能发生空吊。该结论可为弹性支承块式无砟轨道的应用范围研究提供参考。

隧道内支承块空吊对钢轨竖向位移影响

为研究隧道内列车荷载下弹性支承块空吊对钢轨竖向位移的影响,基于银洞坡和定水坝隧道现场实测数据,建立考虑支承块空吊的力学模型,分析连续1~3块支承块空吊情况下钢轨竖向位移的超限情况。实测和研究结果表明:隧道内实测的空吊位置和量值具有不确定性特征,空吊现象引起的钢轨竖向位移有超过安全指标的情况;单块支承块空吊值在10 mm以下,钢轨竖向位移不出现超限情况,当连续2块或连续3块支承块空吊量大于3 mm时,钢轨竖向位移出现超限情况,对于隧道内复杂的支承块空吊病害,建议控制空吊量在3 mm以内,同时应尽量避免连续空吊情况。

适应复杂山区高速铁路隧道变形的高承轨台双块式无砟轨道设计研究

为提高无砟轨道对下部基础变形的适应能力,以隧道内双块式无砟轨道结构为研究对象,提出高承轨台轨枕结构方案,采用打磨轨枕承轨台的方法降低轨道结构高度,以适应隧道底部的上拱变形。并基于有限元分析方法,建立隧道内高承轨台双块式无砟轨道有限元模型,探讨轨道结构的合理调整量以及静力学性能。结果表明:采用高承轨台双块式轨枕,可实现90 mm的结构最大下调量;在0~90 mm下调范围内,轨枕露出与埋深高度匹配合理,轨枕承轨台、挡肩力学指标满足相关规范要求,螺杆、预埋套管抗拉性能良好,扣件系统具有足够的抗拔承载力;高承轨台双块式轨枕承轨台打磨工艺流程能够指导、实现轨道结构高程的快速调整,为处理实际工程中轨道上拱病害提供了可靠的技术和设备支持,具有较好的工程价值。

山西中南部铁路通道隧道内铺设无砟轨道适应性研究

对30 t轴重重载铁路隧道内CRTSⅠ型双块式无砟轨道和弹性支承块式无砟轨道静力学、动力学特性进行了系统对比分析。结果表明:CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构整体性较强,施工工艺简单,经济性较好,但道床板与轨枕新老混凝土结合面易产生裂纹,裂纹控制较困难,施工质量受工具轨、扣件等影响;弹性支承块式无砟轨道对于大轴重的适应性好,可修复性好,对隧道口温度梯度的适应性好,橡胶套靴能够有效地保护轨枕和道床,减振效果好。推荐重载铁路隧道内采用弹性支承块式无砟轨道结构。

重载铁路隧道内弹性支承块式无砟轨道道床施工关键技术

重载铁路隧道内弹性支承块式无砟轨道的施工是一项新工艺。结合中南部铁路通道全线各施工标段首段无砟轨道工艺性试验评估过程中的经验,对重载铁路隧道内弹性支承块式无砟轨道道床施工关键技术进行探讨。重点从无砟轨道铺设前的铺设条件确认、隧道基底处理要求,弹性支承块储存运输要求及弹性支承块式无砟轨道道床施工等方面进行了梳理和总结,并在全线弹性支承块式无砟轨道道床施工过程中推广应用,取得较好效果。

杭州湾跨海铁路大桥中航道桥设计

杭州湾跨海铁路大桥中航道桥采用主跨448 m的三塔钢桁梁斜拉桥,设计通行双线高速铁路。结构支承体系采用塔梁分离、塔墩固结形式,中塔设置固定支座、边塔设置纵向弹簧支座。主梁采用下承式钢桁梁,2片主桁,三角形桁式,桁高14 m、桁宽15 m、节间长度14 m。桥塔采用钢筋混凝土钻石形桥塔,塔身采用C55混凝土,中塔高202 m,边塔高198.5 m。斜拉索采用直径7 mm平行钢丝,钢丝标准抗拉强度为1770 MPa,空间扇形双索面布置,全桥共180根斜拉索,索梁锚固采用双腹板钢锚箱结构,索塔锚固采用钢锚梁结构。桥塔基础采用直径2.5 m的钻孔桩基础。针对复杂海洋环境,混凝土结构和钢结构分别采用环氧钢筋、外表面涂装等耐久性设计。全桥施工阶段和运营阶段结构受力分析表明,无砟轨道平顺性指标满足高速列车行驶要求,桥梁结构各项指标满足规范要求。

CRTSⅡ型板式无砟轨道支承层斜裂病害整治效果评价

针对采用常规方法难以对CRTSⅡ型板式无砟轨道支承层斜裂病害整治的安全性和有效性进行评价的问题,基于无损、高效、准确的原则提出了一种针对运营期无砟轨道支承层斜裂病害整治效果快速评价技术。通过实时监测整治过程中的列车运行安全性参数、支承层伤损区域轨道板稳定性参数及轨道结构振动参数等轨道动力学安全参数,评价整治技术的安全性。采用弹性波法对整治前后支承层与砂浆层结合状态进行无损检测,评价整治技术的有效性。将该技术应用于某CRTSⅡ型板式无砟轨道支承层斜裂病害整治工程。结果显示:支承层伤损整治过程中实时监测轨道动力学安全参数,可以为线路安全稳定提供数据支撑,确保列车安全运行;采用弹性波法可实现天窗内支承层伤损整治效果的快速准确评价,检测效率、精度及有效性满足需求。