基于轨道不平顺的无缝线路稳定性统计分析

为弥补现有无缝线路稳定性设计未区分轨道平顺性等级的不足,基于轨道不平顺数值模拟方法和无缝线路稳定性有限元分析方法,提出考虑轨道不平顺和道床横向阻力随机性的无缝线路稳定性概率统计分析方法。针对不同半径的铁路线路,研究轨道不平顺、道床横向阻力大小及位置分布随机性对钢轨允许温升分布规律的影响,并与现有无缝线路稳定性分析方法计算结果进行对比。研究结果表明:当道床横向阻力服从正态分布时,单独考虑道床横向阻力大小随机性时,钢轨允许温升近似服从极值I型分布;单独考虑轨道不平顺随机性、同时考虑道床横向阻力大小及位置分布随机性或综合考虑上述3个因素随机性时,钢轨允许温升均服从正态分布;以不少于95%保证率定义的钢轨允许温升标准值及均值随着线路平顺性的改善而增加;不同曲线半径条件下,现有“等波长-有限元”确定的钢轨允许温升与美国五级谱对应钢轨允许温升标准值相近,与其他轨道谱对应结果则存在较大差异;在综合考虑轨道不平顺、道床横向阻力大小及位置分布三因素随机性条件下,建立表征钢轨允许温升分布的均值、标准差及标准值与曲线半径间的显式映射关系,使无缝线路稳定性分析中考虑线路平顺性等级成为了可能。研究结果为进一步优化铁路无缝线路极限状态法设计提供了参考。

轨温差超100 ℃地区铺设无缝线路可行性分析

为解决无缝线路在高寒大温差地区适应性难题,实现无缝线路在高寒地区更好推广应用,基于东北地区某铁路,研究了在轨温差超过100℃的地区铺设无缝线路的可行性,并研究了适合该区域的最小曲线半径,提出了曲线加强措施。研究结果表明:在轨温差超100℃的地区铺设无缝线路可行,该地区最小曲线半径为800 m,可通过控制温升,增强道床横向阻力,增大曲线地段无缝线路的稳定性安全储备量。

极端温度作用下桥上CRTSⅡ型无砟轨道受力特性

为研究极端温度作用下高速铁路简支梁桥与CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道相互作用,以5~32m简支梁为例,建立考虑钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板、滑动层、摩擦板、端刺,以及梁体、墩台等构件的桥上CRTSⅡ型无砟轨道系统精细化仿真模型,研究高温和严寒等极端温度条件下系统的受力与变形特征,探讨不同轨道伸缩刚度、滑动层摩擦因数和砂浆黏结力对系统受力与变形的影响。研究结果表明:在高温条件下,轨道板代替钢轨承受了更多伸缩力,轨道板轴向力最大值出现在主端刺处,易导致上拱破坏;正温度梯度作用下,轨道板上、下表面最大纵向应力差达10.1MPa,将引起翘曲变形导致端部砂浆层脱黏;在极寒条件下,轨道板最大纵向拉力出现在右端刺处,最大值达3.9 MPa,轨道板易发生断裂;底座板初始裂缝对轨道板及底座板的受力分布与变形产生不利影响;滑动层可有效减小梁轨之间的相互作用,适当增大砂浆黏结力有利于减小轨道板-底座板离缝和砂浆脱黏等病害的发生几率。

轨道参数变化对无缝线路稳定性影响

通过建立无缝线路轨道胀轨臌曲理论模型,分析无缝线路胀轨时的位移变化规律,研究温度力作用下无缝线路轨道臌曲的变化特征以及轨道参数对其的影响。轨道结构存在着稳定区、胀轨可能发生区、胀轨发生区以及反映臌曲变化特征的胀轨临界轨温点和安全临界轨温点。研究结果表明:理论模拟与试验结果有着比较好的一致性和吻合性;随着轨道扭曲刚度的增加,胀轨临界轨温和安全临界轨温均相应增加,且对安全临界轨温的影响幅度更大;轨道竖向刚度则对胀轨临界轨温的影响大于对安全临界轨温的影响。轨道纵向阻力对轨道的胀轨临界轨温影响不明显;随着轨道横向阻力增大,胀轨临界轨温增加的幅度要大于安全临界轨温增加的幅度。因此,保持轨道有较高的横向阻力对防止轨道臌曲极为重要,尤其在曲线轨道上更为突出。

温梯荷载下桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道的力学特性

为研究横向和竖向温度梯度对桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力学特性的影响,以梁-板-轨相互作用原理为基础,建立大跨度连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间精细化有限元模型,计算了轨道板竖向温度梯度和阴阳面横向温度梯度荷载作用下各轨道和桥梁结构的纵向力和位移.结果表明:在其他温度荷载相同的情况下,轨道板竖向温度梯度对钢轨的纵向力和位移影响不大;当阴阳面横向温度差为10℃时,连续梁上背阴侧钢轨最大的纵向力是向阳侧的1.4倍,背阴侧桥墩最大的纵向力是向阳侧的3.5倍;在横向温度梯度作用下,钢轨纵向附加力由梁体伸缩和扭曲变形共同作用产生,横向温度梯度越大,背阴侧钢轨纵向力、位移最大值越大,向阳侧钢轨纵向力、位移最大值越小;横向和竖向温度梯度的存在不利于轨道和桥梁结构安全使用,因此,在高温差地区设计东西走向的大跨度桥上无缝线路需重点关注钢轨、轨道板和桥梁墩顶受力,并且对无缝线路的横向稳定性进行验算.

线路纵向阻力形式对桥上无缝线路计算影响

为了研究线路纵向阻力形式对桥上无缝线路纵向力的影响,基于梁轨相互作用原理,采用有限元方法建立了线-桥-墩一体化计算模型,以多跨简支梁为例,分析了常阻力、双线性和幂指数型等不同形式的线路阻力对计算桥上无缝线路时的影响。计算结果表明:常量阻力下计算得到的钢轨伸缩力较双线性及幂指数型阻力要小,且随温度跨度的增加双线性和幂指数型计算结果越来越接近,而常量阻力与两者差别逐渐增大;计算钢轨制动力时,常量阻力计算结果要小得多,且梁轨相对位移较大,已超出我国检算标准;不同钢轨降温幅度下,双线性和幂指数型阻力计算的钢轨断缝值基本相同,但却远小于常量阻力,且钢轨降温幅度越大,差别越大。由此可知,应重视线路阻力形式的选取,尽量由实际测试数据进行拟合,使其能模拟真实的现场情况。

纵向力作用下无缝线路动态特性有限元分析

本文通过建立无缝线路有限元动力分析模型,研究了钢轨自振频率和温度力之间的关系。该动力模型包括钢轨模型,钢轨扣件模型,轨枕模型,考虑了钢轨断面特性,钢轨磨耗,轨下刚度以及扣件的弹性刚度和扭转刚度等因素对动力模型计算的影响。分别分析了钢轨磨耗,轨枕支承间距,扣件刚度,钢轨类型以及轨下刚度等参数改变的情况下,钢轨纵向力变化对钢轨振动特性的影响。对部分的计算数据与实际试验测得的数据进行比较分析后,发现通过有限元方法所建立分析模型的计算结果与现场测试结果对比有较好的吻合,采用所建立的计算模型可以更准确地分析无缝线路轨道结构中钢轨纵向力与振动特性的内在联系。

高铁长大桥上不同无砟轨道无缝线路受力研究

研究目的:为对比桥上铺设不同无砟轨道时对应无缝线路受力规律,本文基于有限元方法及梁轨相互作用原理,分别建立大跨度桥上纵连板式、单元板式及双块式无砟轨道有限元模型,分析实测温度工况及制挠力耦合作用下,不同无砟轨道对应的无缝线路受力规律及桥梁理论最大温度跨度,并比较制动墩墩顶刚度、扣件阻力等参数对无缝线路受力及最大温度跨度的影响。研究结论:(1)相同桥梁温度跨度下,双块式无砟轨道钢轨附加应力最大,纵连板式无砟轨道钢轨附加应力最小,且纵连板式无砟轨道钢轨附加应力远小于铺设单元板式或双块式无砟轨道时对应钢轨附加应力;(2)采用常阻力扣件时,当制动墩墩顶刚度由1 500 k N/cm增大到8 000 k N/cm时,单元板式无砟轨道最大温度跨度由93.3 m增大到105 m,双块式无砟轨道最大温度跨度由60 m增大到75.8 m,而纵连板式无砟轨道钢轨附加应力受墩顶刚度的影响很小;(3)纵连板式无砟轨道对应桥梁最大温度跨度需同时考虑钢轨附加应力及墩顶纵向位移限值;(4)扣件阻力大小对单元板式及双块式无砟轨道钢轨附加应力影响较大,采用小阻力扣件后,两者对应最大温度跨度分别增大约1.5、2.0倍,小阻力扣件可以有效的减小单元板式及双块式无砟轨道钢轨附加应力;(5)本研究成果可为不同无砟轨道应用及对应桥梁跨度设计提供参考。

内外力矩平衡法计算无缝线路轨道稳定性

采用内外力矩平衡法,并考虑轨道原始弯曲和非线性道床横向阻力及扣件阻矩,在轨道变形曲线假设为半波正弦曲线的情况下,对无缝线路轨道稳定性进行分析,并推导出钢轨温度力计算公式。输入不同的轨道变形波长,通过优化理论找出最小的钢轨温度力。将此模型的计算结果与使用《铁路轨道设计规范》条文中的轨道稳定性计算方法所得结果进行对比,发现两者计算结果较为接近。相对误差不超过3.8%,从而证明此方法的正确性。

荷载变形关系求解无缝线路轨道稳定性

无缝线路是一种新型轨道结构,是轨道结构现代化的标志。无缝线路稳定性分析是无缝线路的理论基础和关键技术。国内外都非常重视无缝线路的稳定性问题,并进行了大量的试验和理论研究。运用“荷载-变形”关系进行了无缝线路轨道稳定性分析,并推导出钢轨温度力计算公式。输入不同的轨道变形波长,通过优化理论找出最小的钢轨温度力。将此模型的计算结果与不等波长无缝线路轨道稳定性计算方法所得结果进行了对比,两者较为接近,误差不超过2.07%。从而证明此方法的正确性。

考虑钢轨轴向温度力的无砟轨道振动响应分析

在轨道交通实际运营过程中,由于无缝线路不能自由伸缩,无缝线路中的钢轨存在着一定的轴向温度力的作用。建立了考虑钢轨轴向温度力的无砟轨道连续弹性三层梁模型的振动微分方程,求解傅里叶变换域中的振动位移,通过快速离散傅里叶逆变换得到轨道结构的振动位移。利用MATLAB软件编制相应的程序,分析了钢轨轴向温度力对无砟轨道振动响应的影响。研究结果表明:钢轨轴向温度力越大,轨道结构的振动响应越小;当轨温变化升高50℃时,轨道结构的位移和动压力都将减小约5%~10%。说明钢轨承受适当的轴向温度压力对轨道结构的减振是有利的,该结论可为无砟轨道结构设计和运营管理提供参考。

考虑剪切变形的无缝线路轨道稳定性分析

运用“荷载变形”关系,在考虑剪切变形的情况下进行无缝线路轨道稳定性分析,并推导出钢轨温度力计算公式。输入不同的轨道弯曲波长,找出最小的钢轨温度力,此值对应着最不利的变形波长l。此外,对是否考虑剪切力的2种情况进行对比。研究结果表明,剪切力对失稳极限温度压力的影响非常小,因此,在实际计算中可以忽略。

考虑多影响因素的无缝线路稳定性研究有限元法

根据轨道结构特点以及轨道胀轨变形特征,将扣件、轨枕和道床模拟成一个弹性约束单元,导出约束单元的扭转刚度,将线路初始弯曲变形部分模拟成初始弯曲变形单元,从而建立考虑线路初始弯曲变形部分位置发生变化、不同初始弯曲变形弦长和初始弯曲变形矢度以及不同钢轨类型和曲线半径对无缝线路临界温升影响的无缝线路稳定性研究有限元法。算例分析结果表明:曲线半径越大,初始弯曲变形弦长越小,60kg·m-1钢轨线路比50kg·m-1钢轨线路的稳定性更高;曲线半径越小,初始弯曲变形弦长越大,50kg·m-1钢轨线路比60kg·m-1钢轨线路的稳定性更高。对于曲线半径较小的线路,初始弯曲部位越靠近线路纵向两端,线路的稳定性越差;扣件、轨枕和道床组成的约束单元刚度降低,临界温升也随之降低,会影响无缝线路的稳定性。

提速铁路无缝线路稳定性的有限元分析(英文)

本文用有限元方法研究了一个分析提速铁路无缝线路稳定性的模型。该模型将钢轨、轨枕、扣件及道床阻力视为一个整体,并考虑了由于温度应力产生的非线性变形。在此基础上,推导出了计算公式,并编写了相应的程序。该模型还考虑了道床的横向阻力、失效轨枕、弯轨半径以及初始弯曲变形对无缝线路的影响。

论测标法的实际检测精度

通过用测标法检测无缝线路锁定轨温的理论与实际测试资料的分析比较，证明测标法的检测精度对实际生产需要是足够的．

无缝道岔区应力分析与调整

根据虎克定律推导出相邻单元轨条间锁定轨温的内部均衡公式,并将曲基本股接头轨缝引入参与应力调整。以京九线古城集站两端岔区的应力调整施工为例进行计算,对比分析施工实际位移量与理论位移量。结果表明:钢轨应力内部均衡法能够较好地应用于无缝线路相邻单元轨条间的应力调整,达到均衡钢轨内部轨温的目的。同时对无缝道岔区应力调整的施工方法与程序进行了介绍。

对称连续梁桥上无缝线路最大温度跨度适应性研究

研究目的:我国地域辽阔,各地区地理环境差异显著,桥梁跨度以及环境气候复杂程度都已经远超过德国和日本,相应桥上无缝线路设计所面临技术难度是国外所不具备的,现有桥上无缝线路检算虽精度较高,但必须每桥一算,在项目决策阶段检算工作量较大。为简化无缝线路的检算工作,本文提出利用近似公式对无缝线路强度进行定性检算,为项目初期桥梁温度跨度设计提供指导性建议。研究结论:通过对对称连续梁不同温度跨度钢轨应力的检算总结出齐齐哈尔、西安、成都三地不设钢轨伸缩调节器的最大温度跨度。(1)铺设常阻力扣件:齐齐哈尔地区,直线段最大温度跨度小于120 m,曲线段小于120 m;西安地区,直线段最大温度跨度小于130 m,曲线段小于120 m;成都地区,直线段最大温度跨度小于180 m,曲线段小于150 m;(2)铺设小阻力扣件:齐齐哈尔地区,直线段最大温度跨度小于160 m,曲线段小于130 m;西安地区,直线段最大温度跨度小于220 m,曲线段小于170 m;成都地区,直线段最大温度跨度大于220 m,曲线段大于220 m;(3)本文所得出的结论可适用于对称连续梁,桥墩纵向线刚度在3 000 kN/cm左右的直线及曲线地段。

高速铁路桥隧过渡段钢轨温度和横向变形试验

高速铁路过渡段无砟轨道可能产生以"碎弯"形式出现的钢轨横向变形,影响高速列车运行的平稳性、舒适性和安全性。以合福高速铁路桥隧过渡段为研究对象,对轨温和钢轨横向变形进行长期连续测试与分析,研究结果表明:同一时刻,钢轨沿线不足10 m范围内温差可达20℃以上,对钢轨变形产生不利影响;钢轨横向变形随着日温升降呈现周期性的变化,日波动量最大为0.25 mm;钢轨横向变形随着时间的推移呈累积增加之势,测试期间累积变形量为0.5~2 mm左右,累积速率为-0.016 32^+0.004 32 mm/d;左右2股钢轨均呈现波长为4倍扣件间距的"碎弯",最大波幅为2 mm,最大轨距偏差为1.3 mm。研究成果对于进一步揭示钢轨横向变形机理、提高无砟轨道平顺性、保证行车安全和舒适具有指导意义。

路基区段有砟轨道无缝线路震后稳定性分析

为明确不同烈度地震后无缝线路检查内容,建立高速铁路路基区段有砟轨道有限元三维分析模型,输入不同场地实测地震波,分析钢轨温升与地震共同作用下无缝线路的稳定性。结果表明:温升引起的钢轨横向位移明显大于地震引起的,直线段温升60℃和8度地震、曲线段(半径3 000 m)温升55℃和8度地震两种工况下震后钢轨最大横向位移分别为1.855、1.827 mm,小于无缝线路稳定性限值。因此直线段温升不大于60℃、曲线段温升不大于55℃,地震烈度不大于8度时震后无需对无缝线路稳定性进行检查。

巴准铁路换铺无缝线路设计

巴准铁路设计为预留无缝线路。对巴准铁路换铺无缝线路设计进行研究,在设计时根据工程特点确定设计参数、锁定轨温,对大跨桥连续梁无缝线路的钢轨强度、稳定性、断缝值和梁轨快速相对位移等进行检算,确保其满足设计要求,并提出可行的无缝线路结构设计方案,为日后巴准铁路换铺无缝线路提供参考。