高速铁路箱式路基加腋对结构静力特性的影响

为研究高速铁路箱式路基加腋方式对结构静力特性的影响,找到更加合理的箱式路基加腋方式。将箱式路基拆为独立构件,通过静力分析计算出各独立构件的配筋方式。使用ABAQUS软件进行数值模拟,针对箱式路基结构顶板和竖板连接节点处的应力集中现象,采用控制变量法,分别研究三角形腋不同的加腋高度和加腋角度对节点处应力集中的影响,提出最优加腋方式,优化箱式路基结构的静力特性。分析结果表明:固定腋高度为400 mm,当腋角度在15°~60°之间时,随着腋角度增大,应力突变量降低比S_(r)值不断减小;当腋角度在60°~75°之间时,随着腋角度增大,S_(r)值不断增大;最优腋角度在45°~60°之间。当腋角度固定为60°时,随着加腋长度增大,S_(r)值整体呈减小趋势,最优腋长度在300~400 mm之间。箱式路基配筋方式和最优加腋方式的确定,具有一定创新性,为我国高速铁路箱式路基结构优化研究提供了宝贵的技术经验。

高速铁路钢轨波磨地段轴箱振动加速度时频特征分析

钢轨波磨是一种常见的高速铁路轨道病害。为了研究钢轨波磨参数与轴箱加速度响应时频特征之间的对应关系,从理论上探索通过轴箱振动加速度识别钢轨波磨的可行性,基于车辆-轨道耦合动力学理论建立了考虑车辆主要部件柔性化的刚柔耦合动力学模型。通过与实测数据的对比,验证了模型的准确性;在研究了钢轨波磨参数与轴箱振动加速度时域信号之间因应关系的基础上提出了一种基于VMD-SPWVD的钢轨波磨时频分析方法,并验证了该方法的有效性。研究结果表明,钢轨波磨会对轴箱振动加速度信号产生较大影响;不同波深和波长下的轴箱振动加速度最大值在时域信号中的位置具有随机性;钢轨波磨参数与轴箱振动加速度均方根之间的规律性较为明显,但其作为一种时域指标无法准确定位波磨区段的位置和严重程度;相较于时域分析方法,本文提出的基于VMD-SPWVD的时频分析方法能有效反映钢轨波磨参数与轴箱振动加速度之间的因应关系,时频分析结果能准确得到钢轨波磨的特征频率且不存在干扰成分,能量幅值与钢轨波磨波深之间呈正相关,该方法可以定位波磨存在的区段并能够体现同一区段不同位置波磨的严重程度。最后采用该方法对实测数据进行分析,进一步验证了本文所述方法通过轴箱振动加速度信号识别钢轨波磨的有效性。

收缩徐变对高速铁路斜拉桥单箱单室混合梁位移的影响及调控

以某主跨300 m的高速铁路无砟轨道混合梁斜拉桥为背景,运用Midas/Civil有限元软件建立其数值模型,进行桥塔、桥面板、箱梁等混凝土构件收缩徐变对主梁位移影响研究,并提出主梁位移调控措施。结果表明:成桥10年后,混凝土收缩徐变引起的跨中主梁向下位移共计79 mm,桥塔、桥面板、箱梁收缩徐变的影响占比在施工阶段分别为58%,32%和10%,在运营阶段分别为48%,38%和14%;跨中主梁向下位移的主要原因是桥塔和桥面板变形,混凝土收缩徐变缩小了桥塔竖向及桥面板纵桥向尺寸,改变了斜拉索锚点位置及索力,导致主梁在施工阶段和运营阶段分别产生56和18 mm的向下位移;预抬高斜拉索的桥塔锚点位置10 mm,可消除混凝土收缩徐变引起的钢梁架设初始误差;混凝土桥面板预制后存放6个月、桥塔采用低徐变混凝土、成桥后延迟90 d铺轨等措施,能改善混凝土收缩徐变对单箱单室混合梁位移的不利影响,可减小跨中主梁向下位移3%~38%。

外置转向架包覆对高速列车气动阻力影响

转向架作为高速列车大面积裸露在外且外形复杂的运行部件受到列车底部气流的直接作用,区域气动外形结构对高速列车整车气动阻力具有重要影响。基于三维稳态SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了轴箱外置式转向架不同包覆方式对高速列车气动性能的影响。研究了转向架区域安装小裙板、半包裙板、全包裙板、全包裙板+小底板以及全包裙板+大底板等5种方案下的高速列车气动性能,比较了不同方案下高速列车气动阻力的变化规律,阐明了高速转向架包覆方式对整车气动阻力、车底流动特性以及列车表面压力分布的影响。研究结果表明:随着转向架裙板包覆面积的增加,转向架腔后端板受到的气流冲击逐渐减弱,后端板上的正压分布降低,列车转向架区域周围的边界层厚度逐渐减小,转向架区域内的压力分布差异性逐渐减小,从而实现了列车整车气动阻力系数的降低。与小裙板模型相比,半包裙板、全包裙板、全包裙板+小底板以及全包裙板+大底板模型的列车气动阻力系数分别降低了5.2%、8.65%、10.3%、11.1%。对于轴箱外置式转向架来说,全包裙板+大底板方案可有效改善转向架区域流场,降低整车气动阻力。研究得到的转向架包覆方式将为新一代高速列车气动减阻设计提供有利支撑,实现列车气动节能。

速度400 km/h高速列车轴箱轴承技术研究

高速列车轴箱轴承的可靠性和高速性能是保障高速列车运行安全和运行效率的关键因素。依据高速列车轴箱轴承的实际应用工况特征,并结合现有高速列车轴箱轴承的检修统计数据,对比分析了双列圆锥和双列圆柱设计的轴箱轴承技术特点。针对现有某高速列车车型,以满足运营速度400 km/h的技术要求为目标,对双列圆锥轴箱轴承低摩擦优化设计和轴箱系统散热设计优化这两个方面进行研究。其中为了准确评估摩擦功耗,建立了轴承—车辆刚柔耦合动力学模型,并以京津轨道谱和实测车轮不平顺作为输入,计算了轴承的动态载荷。轴承摩擦计算结果表明,在车速400 km/h,X-life设计的双列圆锥轴箱轴承的摩擦发热功耗比原有双列圆锥轴箱轴承大约降低24%;轴箱轴承台架测试显示,在更高的车速下,X-life设计的双列圆锥轴箱轴承运转温度比原有双列圆锥轴箱轴承降低了大概15°C。轴箱系统热仿真计算显示,在相同的热源输入和环境温度和散热条件下,铝合金轴箱体的最高温度相比铸铁轴箱的最高温度降低了约20°C。相关研究结果,可以为运营速度400 km/h高速列车的轴箱系统总体设计提供参考。

高速列车轴箱振动特性及功率谱密度归纳研究

针对我国动车组轴箱振动特性及实测加速度功率谱密(Power Spectral Density,PSD)不明确等问题,在我国多条线路上开展轴箱振动试验,获取各个线路轴箱振动加速度数据。通过滑窗计算并拟合峭度、偏斜度两个非高斯参数的分布形式。采用约翰逊拟合对非正态分布的PSD样本进行谱归纳,获得轴箱实测功率谱密度,与IEC 61373标准进行对比分析。结果表明:轴箱振动加速度信号有着明显的超高斯特性,其中峭度分布符合对数正态分布,且进行曲线平移后拟合效果较好;高斯混合模型对偏斜度分布有着较好的拟合。通过对5条线路实测功率谱密度的统计结果可知,标准值与实测功率谱密度差异较大,各线路在500~1000 Hz高频振动能量大于标准值;在5~300 Hz低频振动能量小于标准值。将统计结果作为轴箱附属部件的载荷输入,为轴箱附属部件进行考虑线路非高斯特性的疲劳可靠性设计和振动试验提供理论指导。

三维全景数字孪生技术在箱梁运架施工中的应用

采用三维全景数字孪生技术实现高速铁路箱梁运架施工环境及设备的虚拟映射,通过北斗定位、GIS地图、设备信息自动采集、智能推理等技术实现三维数字模型的实时驱动,达到与物理实体同步呈现的效果;各级管理人员通过数字孪生全局视角,更便捷、高效地对施工过程进行分析、预测和管控。以荆门—荆州高速铁路项目为依托,进行了实践探索,形成了高速铁路箱梁运架施工大型复杂场景的典型数字孪生应用,有效推动了传统行业与数字孪生的深度融合。

车轮扁疤激励下高铁轴箱系统振动特性研究

以某型高速列车轮对和轴箱轴承为研究对象,构建包含轮对轴箱轴承的车辆-轨道耦合动力学模型,研究在京津线轨道不平顺激扰及车轮扁疤激扰工况下轴箱系统内部结构的接触振动特性。结果表明:当车轮出现扁疤缺陷时会引起轴箱在垂向和横向的高频振动;随着车轮扁疤长度的增加,轴箱轴承滚子与外圈接触载荷高频段所占成分逐渐增加,引起轴承滚子与外圈的中高频激振,加速轴承的疲劳破坏;扁疤长度超过30 mm时,0号滚道区域的接触载荷变化较大,扁疤长度50 mm处轴箱轴承滚子与外圈接触载荷均值与扁疤长度10 mm处滚子与外圈接触载荷均值的最大值相比增加了33.38%;当列车运行速度在250 km/h左右时,车轮扁疤长度安全阈应限制在30 mm以内,尽量降低车轮较长扁疤引起的轮轨结构高频振动。

高速铁路箱梁伸缩缝位移传感器研究

高速铁路箱梁状态对轨道平顺性和行车安全具有决定性作用。由于箱梁滑移变化缓慢且微小,同时需克服电力牵引产生的强电磁干扰,实现自动化监测面临较大挑战。该问题的难点在于箱梁伸缩缝的起始缝宽不同,只有实现等精度测量,才能使不同箱梁伸缩缝的变化具备可比性。本文设计了一种光学低相干高速铁路箱梁伸缩缝位移传感器,在实验室条件下进行了抗振动性能测试,验证了传感器在常见低频振动工况下的性能,并在京津城际高速铁路简支箱梁伸缩缝的监测中应用。结果表明:受日照和温度的影响,箱梁伸缩缝上下表面的位移差异可达150μm,传感器的实测长期监测精度可达50μm。研究成果为实现高速铁路箱梁伸缩缝自动化监测提供了参考借鉴。

既有箱梁移至邻近新建高铁线条件下帮宽桥墩受力分析

论文以既有箱梁移至邻近新建高铁线条件下的帮宽桥墩为研究对象,介绍了墩身帮宽方法、施工工艺及界面植筋情况,建立了帮宽桥墩有限元模型,对比研究了墩身帮宽前后的受力特性。结果表明:墩身帮宽前后的最大主拉应力分别为 0.17 MPa、1.06 MPa,均小于 C35 混凝土的轴心抗拉强度标准值 2.20 MPa,墩身受力性能较好;墩高约 2.2~7.7 m 范围内,接缝面法向正应力由帮宽前的受压转变为帮宽后的受拉,但数值较小;墩身帮宽后接缝面的切向剪应力绝对值较墩身帮宽前的小,接缝面受力状态较为理想;墩身处于弹性阶段,工作性能良好。

高铁钢箱梁跨中单临时支墩顶推施工关键技术

研究目的:顶推施工过程中,因新建线路小角度斜交既有线路,造成了跨越既有线路段临时支墩难以布置、主梁悬挑跨径大的问题,增加了施工难度,同时给施工的安全性提出了挑战。为解决该问题,本文依托于广汕高铁跨深汕西高速大桥的工程,通过Midas有限元模拟分析以及对实桥应力和位移的监测,研究了高铁钢箱梁跨中单临时支墩顶推施工关键技术。研究结论:(1)跨中无临时支墩顶推方案不满足施工要求;(2)跨中单临时支墩顶推方案顶推施工过程中主梁的应力、位移都处于安全状态,满足施工要求;(3)成桥后的线形、应力状态满足设计预期要求;(4)在路内不允许设置临时支墩的小角度斜交顶推施工中,跨中单临时支墩顶推方案可作为备选方案,本文涉及的施工及监测方法可为类似工程提供一定借鉴作用。

高速铁路简支箱梁施工方法选择及造价分析

我国高速铁路建设受制于征地拆迁及环境保护等影响,经常采用“以桥代路”形式,桥梁工程在线路中占比大,简支箱梁作为桥梁结构中的主要结构形式,越来越多应用于高铁建设中。本文对简支箱梁常用三种施工方法的施工工艺和适用条件进行了总结,并提出了综合造价确定方法,通过工程实例进行施工方案比选,为后续高速铁路简支箱梁施工组织设计提供思路。

高速动车组轴箱内置式转向架复合材料板弹簧技术研究及应用

针对轴箱内置式转向架一系悬挂结构横向空间尺寸相对较小的特点,为了保证高速动车组良好的动力学性能,文章设计、开发了新型的一系悬挂系统,采用了转臂定位+上置复合材料板弹簧结构,速度等级可达400km/h。对其进行了仿真分析和台架试验,并将其安装在试验转向架上进行了滚振试验和整车的线路动力学性能试验测试。结果表明,复合材料板弹簧强度和性能指标均达到了设计要求,为高速动车组的轻量化、全包覆减阻设计等提供了新的技术思路。

高速铁路箱梁装配式桥面附属设施防撞性能试验研究

为研究不同约束条件下高速铁路预制装配式桥面附属设施的防撞性能,提出高速铁路装配式桥面附属设施防护墙设计方法,制备3个预制装配式桥面系防护墙足尺试验模型,其中2个分别采用4点螺栓和2点螺栓连接的钢梁支撑约束,另一个采用桥面板支撑约束,通过静载试验进行对比分析。结果表明:在最大荷载为脱轨设计荷载的4次加载过程中,高速铁路箱梁装配式桥面附属设施防护墙均处于线弹性工作状态,裂缝主要出现在砂浆层界面和线路内侧防护墙墙面,呈水平向分布;继续加载防护墙结构出现斜向贯通主裂缝后达到极限状态;3个模型极限承载能力达到脱轨设计荷载的2.12~2.59倍,具有足够承载力冗余度,不同约束条件下装配式桥面附属设施与桥面结构间的连接安全可靠;足尺模型试验验证了提出方法的正确性。

高速动车组轴箱轴承可靠性试验台动态加载系统设计研究

[目的]台架试验是研究高速动车组轴箱轴承性能的主要技术手段,而准确模拟轴箱轴承的实际运行载荷工况是获取真实、可靠的轴箱轴承性能数据的必要前提。合理设计轴箱轴承试验台,以模拟轴箱轴承高速重载的运转工况;设计径向加载机构和轴向加载机构控制策略,以满足加载系统控制精度和响应速度的要求。[方法]设计了一套高速动车组轴箱轴承可靠性试验台电液伺服动态加载系统。介绍了该系统中轴向加载系统和径向加载系统的结构组成及工作原理,并提出了一种模糊PID(比例-积分-微分)控制算法。搭建轴箱轴承可靠性分析试验台,进行加载性能测试和轴箱轴承可靠性测试试验,用以验证动态加载系统的合理性。[结果及结论]所设计的电液伺服动态加载系统能够满足轴箱轴承可靠性试验的加载要求;轴向加载响应时间为0.276 s,轴向加载稳态误差为0.339 kN,径向加载稳态误差为1.742 kN,满足EN 12082:2017标准要求。

基于正交试验的高速齿轮箱箱体静动态分析及优化设计

分析了高速齿轮箱箱体关键部位对箱体承载能力与工作稳定性的影响。箱体网格采用结构化六面体网格划分,对箱体承载能力与工作稳定性进行静态分析,确定箱体最大应力与应变位置,同时进行约束模态分析并提取箱体前6阶固有频率。依据分析结果对箱体进行优化,箱体最大应力与最大变形减小了8.6%和9.97%。同时箱体的第1、2阶固有频率分别提高了12.35%和6.16%,箱体总体质量减少了10.96 kg。

高速铁路预制箱梁内模的研究

为解决当前高速铁路预制箱梁建设中,内模挠度过大,影响结构整体安全性和稳定性的问题,以某高速铁路建设项目为例,进行了对其预制箱梁内模的研究。通过高速铁路预制箱梁内模总体方案设计、内模液压体系设计与同步性设计、关键液压元件选型,提出一种新的设计思路。通过实例验证,新设计思路的合理应用可有效控制内模挠度,提升结构整体安全性和稳定性。

高铁简支箱梁钢筋骨架电阻焊接工艺参数研究

研究目的:目前高铁简支箱梁的钢筋骨架制造主要依赖人工绑扎,效率低、成本高。为此,本文作者团队提出了简支箱梁钢筋骨架自动电阻焊接工艺,能够替代传统绑扎方法、提升制造效率、降低人力成本。但该焊接工艺会对钢筋造成一定损伤,在车辆荷载的反复作用下可能会导致产生焊接点疲劳问题。本文通过试验探究焊接工艺下不同焊接参数对钢筋骨架中十字焊接钢筋的静力拉伸性能和疲劳性能的影响,确定最优的焊接参数以保证钢筋骨架的性能。研究结论:(1)电阻焊接工艺制成的钢筋试件在静力拉伸试验和疲劳试验中破坏模式不同,前者以焊点处横向短钢筋脱离长钢筋的形式破坏,后者表现为纵向长钢筋在焊点处断裂;(2)焊接参数与试件的静力拉伸强度和疲劳寿命之间不是简单的线性关系,存在局部极值点;(3)综合考虑静力拉伸强度与疲劳寿命,N3组焊接参数表现最佳,其对应的电流有效值为11.5 kA,电流峰值为16.0 kA,电压为0.6 V,焊接时间为9个周波;(4)本研究成果可应用于高铁钢筋骨架的电阻点焊制造,推动简支箱梁的高效生产与发展。

考虑箱流中转的高速铁路快捷货物运输方案优化

为充分发挥高铁干线运输能力及溢出效应,采用高速铁路载客动车组捎带模式,以时变箱流需求为导向,旨在对考虑箱流中转情形下的高速铁路快捷货物运输方案进行优化。基于既有列车运行图,在生成列车接续关系矩阵的基础上构建运输方案优化模型,以快运箱总运达时间最短为目标,考虑箱流守恒、列车装载能力、箱流中转等约束。基于模型特性,设计模拟退火算法求解,在生成初始解的基础上,设计以消解违背列车能力约束冲突为核心的可行化算法。以宁杭高速铁路为背景验证模型及算法的有效性。结果表明,与不考虑箱流中转情形相比,该模型所得运输方案无快运箱滞留且列车平均满载率提升14%。此外,合理地估算列车装载能力对于获得较好的箱流运输方案具有重要作用。

高速铁路32m简支箱梁墩台横桥向沉降静力影响及损伤评级

针对高速铁路桥梁新旧线并行修建引起的横桥向墩台不均匀沉降的问题,利用ABAQUS有限元分析方法,选取高速铁路常用的32 m标准双线多跨简支梁桥,建立CRTSⅢ型单元板式无砟轨道-桥梁-墩台空间静力耦合模型;考虑不同沉降类型和沉降幅值,研究横桥向桥墩不均匀沉降对轨道结构层间受力及其轨面变形规律,在此基础上提出适用于该桥型的单、双墩横桥向不均匀沉降静态损伤分级及维修建议。结果表明:横桥向墩台不均匀沉降对轨面高低不平顺影响最大,其次为扭曲和水平不平顺,且沉降墩顶处易出现变形极值;横桥向墩台仅单侧沉降时,单墩沉降差10、15、20 mm,伤损等级依次为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级;需要关注桥墩横桥向双侧沉降情形,损伤比单侧沉降更严重;当沉降差达到20 mm时,自密实混凝土层横向拉应力超过C40混凝土抗拉强度限值,轨道结构存在开裂风险。建议日常保养时单、双墩横桥向不均匀沉降控制在10 mm及以下,应避免出现沉降15 mm及以上的不利情形。