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。

基于集装箱运输的200 km/h客货共线铁路货运功能实现研究

我国有一批以200 km/h标准设计的客货共线铁路,但在实际运营中存在货运设施闲置、货运功能发挥不充分的情况,在铁路高质量发展要求下,亟需推动其货运功能的实现。近年来,随着高附加值白货运输需求的增长和“一带一路”倡议的实施,铁路集装箱运输迎来良好的发展机遇。从普通货物列车与动车组共线运行存在的问题出发,结合集装箱运输载重低、密闭性好、速度快、装卸标准化、运输直达化等特点及最新管理规定,分析上线运行集装箱班列对客货共线问题的优化,并从路网层面分析200 km/h客货共线铁路在集装箱运输通道中的比例,最后提出推动200 km/h客货共线铁路实现货运功能的相关建议。研究表明,200 km/h客货共线铁路上线集装箱班列具备可行性和客观条件,能有效推动其货运功能的实现。

客货共线铁路分级标准评价与研究

通过对选取的45条客货共线铁路共69个区段2015—2017年3个年度客货行车量统计样本资料分析,找出我国客货共线铁路运营现状特点及存在的不足。结合目前客货共线铁路分级标准及样本数据,采用多项指标划分法,从客货运量、旅客列车设计速度和线路意义及路网作用等方面对客货共线铁路分级标准进行评价与研究。最终考虑原规范中Ⅲ级、Ⅳ级铁路技术标准差异不大,建议将Ⅲ级、Ⅳ级铁路合并为一级,客货共线铁路分级由四级调整为三级,并建立了综合运量、速度、路网意义等评价因素的客货共线铁路分级定量评价模型。可避免常规分级评价中定性评价方法导致主观因素干扰明显,以及因某一评价因素过分突出而引起评价误差等问题,对客货共线铁路分级有一定参考价值。

一种新轨道质量指数

轨道质量指数是区段轨道质量的评价方法之一。本文对比分析了多种归一化方法对于轨道质量指数的适用性,并基于中国干线铁路实测轨道不平顺数据对中国、荷兰、加拿大、法国和日本的五种既有轨道质量指数进行对比分析;提出了一种新的轨道质量指数NTQI(New Track Quality Index),用以表征区段轨道质量控制情况。结果表明:五种轨道质量指数根据计算方法的不同可以划分为三类,基于标准差的轨道质量指数可以更好地表征区段轨道质量状态;NTQI具有可平均性,能够实现不同速度等级线路轨道质量状态的横向对比,以及多速度等级线路的轨道质量评价。通过计算NTQI的平均值可实现不同速度等级区段轨道质量状态的整体量化。

基于60N钢轨廓形的客货共线铁路道岔区轮轨接触关系

为了研究客货共线铁路采用60N钢轨廓形时道岔区的轮轨关系,以标准60 kg/m钢轨为对比,首先建立多体动力学模型,采用基线法,从导曲线区、转辙器区及辙叉区三个部分的特征断面入手,研究了采用两种钢轨廓形时轮轨接触位置、轮径差等关键轮轨接触几何参数的变化规律;然后,建立轮轨接触有限元模型,计算分析各特征断面轮轨接触应力变化情况。结果表明:相比标准60 kg/m钢轨,车轮与60N钢轨廓形匹配时,接触点分布更集中,轮径差变化较小,接触斑呈椭圆形,应力增长相对缓和,但在转辙器区及辙叉区过渡较急促;60N钢轨廓形更适合工况较简单的导曲线区段,而标准60 kg/m钢轨廓形更适合工况较为复杂的转辙器区及辙叉区。

连盐铁路开通货运的运输组织模式研究

连盐铁路为沿海铁路通道的主要组成部分,设计为200 km/h的客货共线快速铁路,但开通以来受运营管理要求及沿线货运发展时机影响,货运功能一直未予启用;客运方面受路网分流、旅速不高等因素影响,开行对数不多,部分区段线路能力利用率仅为17%左右,未能充分体现铁路对区域经济社会发展的积极带动作用,尤其限制了沿线港口的发展。根据当前国家对铁路提质增效相关政策要求,结合连盐铁路技术条件和客货运输需求,总结同类铁路运营经验,分析200 km/h客货共线铁路开通货运存在的问题及解决措施,提出连盐铁路开通货运的运输组织建议模式,实现其提质增效和促进区域经济协调发展的目标。

速度200 km/h动力集中动车组动力车牵引动力配置研究

速度200 km/h客货共线铁路开行动力集中动车组有较强的技术经济性。根据200 km/h客货共线特点对担当牵引动力的200 km/h动力车,通过分析国内外高速客运机车、动力集中动车组动力车现状,从轴重、轴式、黏着利用等关键约束条件进行了适应性和对比分析,提出了200 km/h动力车牵引动力配置建议。

多车道高速公路改扩建施工区客货分离交通组织方案研究

交通组织作为高速公路改扩建期间的重要环节,对于保障改扩建期间行驶安全、降低流量损失具有重要的作用,是平衡旅客与高速公路运营主体利益的重要方式。本研究以沈阳至海口国家高速公路龙山至火村段高速公路改扩建工程为依托,充分考虑大车型对通行能力的影响,针对改扩建期间施工作业区出现的两幅车流单向通行和一幅车流双向通行情况,以车道限制不同车型运行为条件,设计不同工况下的交通组织方案。利用VISSIM仿真软件对不同工况下的交通组织方案进行仿真研究,分析得到多车道高速公路改扩建施工作业区道路通行能力最优的交通组织方案。

土地转型阶段的港区交通组织优化实践——以深圳市前海妈湾片区为例

随着城市规划定位调整和经济产业转型,原港区配套设施用地逐渐向以居住、商业、文化休闲功能为主的用地转型,短期内在港口货运功能无法保留的情况下,未来城市开发与港口货运间的矛盾冲突将愈发严重,客货交通组织面临巨大挑战。以处于港口配套用地向城市开发用地转型阶段的前海妈湾片区为例,在充分调研城市定位和用地发展趋势的基础上,分类评估片区客货交通组织,研判片区公交、停车服务水平的基础,总结出前海妈湾片区的港城矛盾、客货混行、货车停车缺口、公交服务有待提升等交通问题,并提出土地平稳过渡缓解港城矛盾、优化交通组织缓解客货混行、调控停车供给避免货车停车占道、优化公交设施加强轨道交通接驳和公交覆盖等优化措施。研究成果对土地转型阶段的港区交通组织研究有一定的参考意义。

客货分离道路主线出入口匝道最短开口长度研究

针对客货分离道路主线出入口的设计问题,从出入口主线分车带开口长度特征出发,分析车辆换道行为与开口长度的联系,考虑相应特性及变量,提出最短出入口开口长度确定模型。使用工程数学软件进行结果验证,给出在一定行驶速度下,出入口主线处最短开口长度推荐值。

客货混运下的城轨时刻表与流量控制协同优化研究

利用城市轨道交通平峰期冗余运力进行客货混合运输是缓解地面交通拥堵和节能环保的重要手段。本文在客货混合运输模式下,研究城市轨道交通列车时刻表和流量控制问题。首先,以列车发车时间、列车车厢布置和客货需求分配给列车车厢的数量为主要决策变量,以最小化乘客和货物的等待时间以及列车车厢能耗为目标,考虑流平衡、列车容量限制及时刻表等约束,构建城市轨道交通客货混合优化模型。其次,为验证模型的有效性,以上海地铁17号线为例进行实证研究,借助优化求解器Gurobi求解模型。结果表明:本文所提协同优化方法具有良好的优化效果和计算效率,与逐一求解法对比,乘客和货物延误数量可显著降低;协同优化可减少乘客延误人数21.92%,货物延误数量9.73%,乘客和货物的平均等待时间减少35.88%和25.56%,碳排放量减少1.7%。该方法可以提高地铁满载率,减少地铁平峰时期的运力浪费,同时提高轨道交通运营安全性和运输效率。

高海拔山区铁路牵引供电系统——问题、挑战与对策思考

我国西部高海拔山区铁路部分区段面临沿线缺乏有力电网支撑,外部电源系统极端薄弱,途径复杂大坡道高原山区,建设难度大。高海拔山区铁路对牵引供电系统的技术要求非常特殊,对外部电网接入方案、牵引变电所供电能力、电源备用方式、长大坡道电分相处理方案等诸多方面提出了极为特殊的要求。该文从输电网–牵引变电所协同规划、长大坡道对牵引供电系统电压抬升影响、客货混跑下牵引供电系统谐波稳定性问题3个方面,分别剖析高海拔山区铁路牵引供电系统安全运行所面临的难题。然后,通过梳理总结已有文献研究,依次从考虑列车负荷和风光新能源不确定性的输电网随机规划方法、长大坡道下牵引负荷准确模拟与电压抬升机理分析、电力机车–牵引网系统宽频带谐波稳定性分析与振荡抑制措施3个角度对上述问题进行初步分析,同时给出了可能的解决方案,为高海拔山区铁路安全运行研究提供了借鉴。

客货共运模式下高铁列车货运兼办方案优化

以当前高铁快递运输的客货共运模式为背景,研究高铁列车货运兼办方案优化问题.通过分析客货共运模式下货运办理站选择对货物运输、客运列车时刻表与停站方案的影响,以货运办理站选择、货物运输、列车时刻表与列车停站方案为主要决策变量,以极小化旅客旅行时间和未满足货物惩罚成本为目标,构建客货共运模式下基于货运办理站方案选择的货物运输与列车时刻表、列车停站方案一体化优化混合整数线性规划模型.当给定货运办理站选择方案时,本文所构建模型即可转化为传统的客货共运模式下货物运输方案优化模型.以武广高铁为例,设计数值实验,采用C++语言编写程序调用Cplex优化软件对模型进行求解,验证了模型的正确性与合理性.算例结果表明:通过对货运办理站、货物运输方案、列车时刻表和停站方案进行一体化优化,可在尽可能减小货物运输对客运影响的基础上,充分利用高铁线路列车时空上剩余能力,在旅客旅行时间仅增加0.68%、列车停站数量仅增加1.24%的情况下,运输近68%的货物需求,增加铁路部门收益.

某客货共线铁路曲线段轨下装配式垫板动力响应

列车通过曲线段时轨下垫板单侧破坏严重,产生边缘外翻、撕裂的现象尤其突出,使用寿命较短,工人养护维修工作量大。为克服上述缺陷,文中对不同开槽形式、不同钢片布置形式的轨下垫板进行动力响应分析,考察列车以不同速度通过曲线段时垫板的动力性能,通过不同结构形式的垫板组合优化,解决曲线段轨下垫板不对等损坏的问题。结果表明:列车通过曲线段的理论设计速度为70 km/h时,曲线超高可抵消离心力;优化设计轨下垫板为1/2长度占比开槽垫板插入2层1 mm厚钢片时,列车以40~80 km/h通过曲线段的轨下垫板的变形相较其他结构形式的垫板明显减小,优化设计之后的装配式垫板变形更均匀,实现了轨下垫板变刚度设计,使用寿命延长,克服了运维过程中发现的列车通过曲线段时轨下垫板单侧破坏严重的现象;轨下垫板动力响应研究可作为客货共线铁路曲线段垫板优化设计的理论依据。

潮汐客流下城市轨道交通时刻表与车底接续协同优化

针对城市轨道交通客流需求的潮汐现象,本文研究不成对运输组织模式下的列车时刻表和车底接续计划协同编制问题。以双车场轨道交通线路为对象,基于客流的时空分布不均衡特性,以总乘客等待时间费用、列车固定使用费用和列车接续走行费用最小化为目标,以列车始发时刻、车次接续关系、车底出入库情况为决策变量,考虑时刻表约束、车底流通约束以及客流平衡约束,构建城市轨道交通列车时刻表与车底接续协同优化的混合整数非线性规划模型,经线性化处理后利用Gurobi进行求解。以上海地铁某线路为例验证模型的有效性,结果表明:本文方案相较于分步求解方案、均衡发车方案以及成对开行方案,乘客和企业总费用分别降低了6.06%、10.45%和6.35%,列车运力分布与客流需求匹配性提高,主客流方向乘客等待时间减少,有助于同步提高企业运输效益和乘客服务水平。

考虑车底运用的城轨货运专列运行图与载货方案协同优化

城市轨道交通线路平峰时段客流需求相对较小、发车间隔较大,利用其富余的运输能力开展货运服务可以有效提高线路能力利用率与经济效益。本文在不调整客运列车运行图的前提下,同时采用客货共载与货运专列两种形式运输货物,研究考虑车底运用的双方向列车运行图与货物运输方案协同优化问题。以货运专列编组停站方案、时刻表、车底周转计划、货物运输方案和车站所需货物仓储容量为决策变量,考虑列车运行安全、车底周转、货物运输时效等约束,构建以提高货运净收益为目标的优化模型。通过线性化方法将原模型转化为混合整数线性规划模型,利用Gurobi软件进行求解。案例分析表明,相较于先优化列车运行计划和货物运输方案再优化车底周转计划的分步优化模型,本文方法可减少上线车底运营数3列,降低约23.6%的列车运营成本,使货运净收益提高10.3%。灵敏度分析表明,相较于客运列车,提高货运专列的货运空间和装卸载效率可以更有效地提高货运收益。

200 km/h客货共线铁路速度、密度、重量匹配优化

速度、密度、重量作为客货列车的主要指标与线路运输能力有着紧密的关系,而客货列车共线运行将对线路运能产生较大影响。为充分利用200 km/h客货共线铁路的运输能力,结合200 km/h客货共线铁路的线路特点,首先对客货列车速密重与运输能力影响关系进行分析,在此基础上以通过能力最大和货运量最大为目标,考虑线路客货运输需求,速度、密度、重量约束,建立200 km/h客货共线铁路速密重匹配优化模型,采用NSGA-Ⅱ算法进行求解得到速密重匹配优化方案,并用实例对模型和算法的有效性进行了验证。匹配结果可为200 km/h客货共线铁路客货列车开行提供一定的理论指导和建议。

铁路钢-混组合梁抗拔不抗剪栓钉设计研究

为研究抗拔不抗剪栓钉在铁路钢-混组合连续梁桥中的适应性及存在问题,以4×40 m铁路钢-混组合连续梁为例,基于有限元分析软件Midas Civil,对常规栓钉的设计参数进行分析,对抗拔不抗剪栓钉及加密过渡区的设置范围进行比选,拟定铁路钢-混组合梁可行的抗拔不抗剪栓钉设计方案。研究表明:综合桥面板受力、过渡区栓钉受力、钢梁整体刚度等因素,推荐抗拔不抗剪设置范围取支点两侧0.15L(L为梁跨度);抗拔不抗剪连接区域滑移量较大,但其栓钉不受剪力;需要重点关注过渡区首排栓钉,确保其满足强度以及疲劳性能的要求,推荐加密过渡区设置范围取3 m;相较双工字形截面,双槽形截面与抗拔不抗剪需要设置的过渡区适应性较好,但用钢量增加约10%;相较常规栓钉方案,抗拔不抗剪栓钉方案桥面板钢筋减少17.7%,栓钉减少12.4%,梁部每延米造价降低2.8%。

铁路波纹钢管涵力学特性数值仿真及参数分析

为支撑波纹钢管涵在铁路工程中的应用,本文对铁路波纹钢管涵力学特性进行数值仿真并开展参数分析。结果表明:波纹钢管涵在承受整体环向压应力的同时,在涵顶、涵底和管涵两侧存在显著的弯曲应力;涵顶、涵底的波峰受压,波谷受拉,管涵两侧波峰受拉,而波谷受压;涵顶填土高度直接影响管涵的恒载土压力水平和活载扩散作用;填土弹性模量、管径、壁厚、波形对土体和管涵的刚度及二者的相对刚度有影响,进而影响管涵、土体之间的荷载分配及管涵的应力水平;列车荷载作用于接近管涵边界或管涵正上方与管涵边界之间时,管涵环向压应力最大,但压应力与列车荷载作用于涵顶正上方时相差较小,不超过6.8%。