高速铁路主跨320 m钢-混部分斜拉桥无砟轨道适应性研究

南玉高铁六景郁江特大桥设计将钢-混部分斜拉桥结构引入时速350 km高速铁路领域,而300 m级以上大跨度桥上无砟轨道的竖向变形极易超限,影响列车通过的安全性和舒适性,因此,系统研究在此大跨桥梁结构上铺设无砟轨道的适应性十分必要。通过建立有限元及动力学模型,分析不同组合工况下无砟轨道结构的变形特点及动力特性,运用60 m弦测法探究各工况下无砟轨道的线形变化规律,从而确定大跨度钢-混部分斜拉桥铺设无砟轨道的适应性,并对设计和施工提出合理化建议。主要结论如下:在各种不利组合荷载作用下,桥上无砟轨道结构强度满足规范要求,列车通过大桥的各项安全性与舒适性指标均满足规范要求;混凝土收缩徐变和斜拉索升降温是影响无砟轨道线形标准的两大主因,应在无砟轨道施工前确保足够的沉降观测期和收缩徐变释放期,并充分考虑拉索的保温设计;在温度组合荷载作用下,桥上无砟轨道的60 m弦测不平顺幅值为6.79 mm,满足高速铁路静态验收标准;但在叠加列车荷载和收缩徐变后,变形弦测值均出现Ⅱ级及以上超限,通过合理设置预拱度后可有效改善轨道平顺性标准。

大跨度高速铁路桥梁端伸缩装置区段车轨动力响应

为了确保大跨度高速铁路桥梁端伸缩装置区段列车安全运营,通过建立梁端伸缩装置区段车辆-轨道刚柔耦合模型,研究了不同伸缩量、不同车辆行驶速度下梁端伸缩装置各部件动力响应变化规律,并对随机不平顺激励叠加梁端刚度不平顺下车辆运行安全性进行评估。结果表明:梁端伸缩装置各部件动力响应整体随车速增加而呈增大趋势,且各部件垂向加速度随车速变化较大;不同伸缩量下梁端伸缩装置区域钢轨及可动钢枕动力响应整体随梁缝扩大而呈增大趋势,且可动钢枕垂向位移及伸缩装置各部件垂向加速度随伸缩量变化较大;施加随机不平顺后,轮重减载率在车速420 km/h时出现超限情况,钢轨垂向位移在拉伸300~500 mm状态、车速330 km/h时出现超限情况。

新建高速铁路与既有线并行区段精细化选线

在用地紧张、拆迁成本高昂的城区,当新建铁路与既有铁路共用车站和走廊带时,会极大地增加线路设计的难度。针对这一问题,本文提出了一种在人工线路方案的基础上进行铁路线路精细优化设计的方法。通过改进现有动态规划算法,对线路平、纵断面的线形参数进行精细化调整,以线路工程总造价为目标函数,在特定的约束、搜索范围和精度等条件下获取全局最优解,并将提出的线形优化模型框架应用在山东省某高速铁路项目路段。结果表明,该优化方法能够有效地优化铁路设计线形参数,使得房屋拆迁面积和新建线路与既有线间用地面积分别降低了4.61%、3.39%,节省了2.75%的工程总造价。

高速铁路大跨度连续斜拉桥上梁端一体化装置性能研究

目前大跨度斜拉桥上铺设无缝线路,梁端处需设置梁端伸缩装置和钢轨伸缩调节器以降低钢轨产生较大的附加应力,但此结构无法协调较大的梁轨相对位移,应用范围有限。为此,提出了一种梁端一体化装置结构,能适用于较大的梁缝伸缩情况且伸缩阻力较小,经过现场应用效果良好。针对时速350 km下高速列车能够平稳通过大跨度斜拉桥无缝线路梁端的要求,建立了相关三维梁端车-线-桥耦合模型,确定了轮轨接触关系,验证该结构在大跨度斜拉桥下对于高速列车平稳运行的适用性。结果表明:温度和梁端转角作用下钢轨会产生一定变形,钢轨垂向变形大于横向变形,最大垂向位移达到15.71 mm。对比仅施加德国低干扰不平顺谱,叠加温度或梁端转角变形后行车过程中的梁端一体化装置动力响应增大,且对钢枕振动垂向加速度的影响较为明显,从38.92 m·s^(-2)上升至48.69 m·s^(-2),增加25.1%。相比之下,极限拉伸状态比极限压缩状态下行车过程中的梁端一体化装置结构响应大,钢枕垂向加速度从40.64 m·s^(-2)上升至62.39 m·s^(-2),增加53.5%,应在高温拉伸状态下对梁端一体化装置性能进行定期检测。梁端一体化装置在以上工况下的响应均满足标准规范要求,本研究可为其在列车高速运行通过大跨度斜拉桥梁端时的铺设提供参考。

基于MIC-CNN的山区高速铁路土建工程造价预测模型

为实现预可行性研究阶段山区高速铁路土建工程造价的快速准确估算,利用最大互信息系数(MIC)原理选取山区高速铁路土建工程造价预测关键指标,进而应用卷积神经网络(CNN)构建其造价预测模型,通过比较不同参数下的模型预测精度和稳定性确定模型最优参数,并对比分析MIC-CNN模型与CNN、BP、Adaboost-SVR模型预测效果。分析结果表明,MIC-CNN模型预测平均相对误差仅为5.476%,而CNN、BP和Adaboost-SVR模型预测的平均相对误差分别达到9.072%、12.626%和28.010%,说明造价预测关键指标及模型参数选取合理,MIC-CNN模型可以实现较高的预测精度;MIC-CNN模型预测值的波动幅度仅为1.045%,其在预测山区高速铁路土建工程造价时具有较好的稳定性。

高速铁路无砟轨道路基动应力概率分布特征及估算方法

明确高速列车引起的路基动力响应是基床结构设计的关键。采用高速动组-CRTSⅢ型无砟轨道-土质路基垂向耦合动力学分析模型,以高速铁路无砟轨道谱生成随机不平顺为激励,分析在行车速度v与轨道谱累积概率λ下的路基面动应力响应特征及统计规律,讨论动应力系数∅随机分布的位置和尺度指标μ,β与v,λ内在关系,采用无量纲化技术构建动应力系数∅概率估算模型。研究表明:路基面承受的列车动力作用具有显著的随机性,动应力系数∅服从Gumbel型极值概率分布,众值μ和离散性β随v,λ增加呈非线性增大趋势;通过引入μ,β受v,λ影响的归一化指数I_(μv),I_(μλ)和Iβv,I_(βλ),导出了动应力系数∅概率分布参数的二元函数表达μ(v,λ),β(v,λ);基于∅的累积分布函数,建立了保证率为p的动应力系数分位值估算方程∅(v,λ,p),相较于耦合动力学仿真计算值误差不大于5%。

高速铁路工务工程基元模型库系统研究与应用

针对高速铁路数字化工务工程虚拟环境建设过程中,基元模型管理分散,层次结构不清晰,文件系统存储查询低效、安全性低,模型显示缺乏沉浸感等特点,同时考虑基于BIM的三维实体选线设计需求,提出构建高速铁路工务工程基元模型库,对基元模型进行集中组织与管理的方法。研究基元模型分类编码方法,并以此为基础设计基元模型库的层次结构。给出基元模型立体显示方案和数据库存储方案。基于Visual C++、Oracle数据库及OSG图形库开发基元模型库管理系统。在西部某高速铁路的三维实体选线设计及视景仿真中对基元模型库系统进行应用,结果表明利用该系统能有效简化工务工程虚拟环境的构建流程,显著提高线路构造物实体模型实时动态建模的速度,模型交互沉浸感强,有助于提高三维实体选线设计的效率。

线路关键点对400km/h高速铁路纵断面参数设计影响

研究目的:400 km/h等级高速铁路的规划设计是我国现阶段高速铁路建设与发展的重要目标。目前,尚未有400 km/h高速铁路纵断面参数设计标准的研究。在满足高速列车行驶安全与旅客乘坐舒适条件下,本文对400 km/h等级高速铁路纵断面参数进行了设计与验证,为后续工程应用提供理论依据。研究结论:(1)相同坡度差、夹直线长度条件下,列车垂向振动加速度最大值随竖曲线半径的增加而减小,建议400 km/h高速铁路最小竖曲线半径取值为30000 m;(2)当竖曲线半径≥20000 m,车体垂向振动加速度最大值数值受坡度差值影响很小;(3)车体垂向振动加速度随着夹直线长度的增加而逐渐消散,叠加振动减小,建议400 km/h高速铁路夹直线长度最小取值为200 m;(4)本文研究可为400 km/h高速铁路纵断面参数设计提供技术支撑。

高速铁路线路平纵断面设计的动力学评估方法

高速铁路线路平纵断面参数对高速行车安全性与舒适性有较大的影响,从动力学角度对线路平纵断面参数设计合理性进行校核是必要的。为了对高速铁路线路平纵断面设计安全性与舒适性进行评估,本文基于机车车辆与线路最佳匹配设计原理,采用车辆-轨道耦合动力学仿真技术,提出了一套切实可行的评估方法。作为工程应用实例,结合京沪高速铁路工程实际,对京沪高速铁路线路平纵断面进行了全面的行车安全性与乘车舒适性分析评估。

高速铁路基床底层泡沫轻质土填料试验研究

在松软土地基地区修建增建二线时,传统工法会对既有线造成较大干扰。为解决上述问题,引入一种新型路基填料泡沫轻质土。结合三轴试验结果,浇筑密度为600 kg/m^3的泡沫轻质土能满足高速铁路无砟轨道路基基床底层静动力条件要求,采用该材料取代常规基床底层填料,建立大比例室内模型试验。试验结果表明:采用泡沫轻质土材料填筑基床底层,路基结构可保证良好的动应力扩散效果,具有较大的刚度,保证较小的弹性变形(动位移),具有较小的塑性变形,保证较小的累积沉降值;该材料的综合作用能够保证轨道上部结构的平顺性,泡沫轻质土路基具有良好的动力特性和长期动力稳定性,能够满足高速铁路路基的长期服役要求。

高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道路桥过渡段振动特性测试分析

结合京沪高铁先导段综合试验,针对端刺结构两端与相邻路桥结构连接的关键部位,开展了CRTSⅡ型板式无砟轨道路桥过渡段振动特性测试,分析了振动响应沿线路纵垂向的空间变化特征及与行车速度的关系。试验表明:①沿线路纵向的振动响应最大值出现在过渡板端与路基支承层交接处,并呈现出前者支承刚度小于后者的现象,反映出端刺结构的过渡板设置未能较好地实现刚度由高至低的逐渐过渡;②垂向多层的线路结构振动响应沿深度呈递减趋势,结构各层位水平向不连续引起的振动响应表现出与轮轨作用处距离成反比的关系,轨道板端经纵联后的振动特性有显著改善;③随车速的提高,振动位移表现出线性增加、振动速度与振动加速度呈现出非线性加速增大的规律。

轨底坡对高速铁路轮轨接触行为影响分析

研究目的:目前关于轨底坡对轮轨接触行为影响的研究很多,但轨底坡对高速铁路轮轨接触行为影响的相关研究还未开展。为分析轨底坡对我国高速车轮与60N钢轨的轮轨接触行为影响,基于迹线法和三维非赫兹滚动接触理论,分别研究不同轨底坡下高速车轮LMa、XP55、S1002G与60N匹配时的静态轮轨接触特性,包括等效锥度、接触带宽、轮轨接触应力和表面疲劳因子等。研究结论:(1)在1/10的轨底坡下,三种高速车轮型面与60N钢轨接触时表面疲劳因子大于零的情况居多,说明1/10的轨底坡易导致轮轨表面裂纹的出现,不适用于高速轮轨匹配;(2)LMa型面的接触带宽随轨底坡的减小而增大,轮轨接触应力随轨底坡变化不大,轨底坡为1/20时轮轨型面匹配较优;(3)当轨底坡为1/30时,XP55型面的等效锥度最大,使其拥有较好的轮对对中性能和曲线通过能力,轨底坡为1/30时轮轨型面匹配最优;(4)轨底坡对S1002G的等效锥度影响不大,轨底坡为1/20时的接触带宽较小,横移超过4 mm后1/20轨底坡下的轮轨法向接触应力较小,综合来看轨底坡为1/20时S1002G轮轨型面匹配较优;(5)本研究成果可为我国高速铁路轨底坡的设置提供参考。

高速铁路穿透型CFG桩复合地基沉降计算修正系数分析

为掌握铁路工程CFG桩复合地基在路堤荷载作用下的沉降计算修正系数变化特点,基于武汉-广州高速铁路24个路堤断面的地基沉降测试数据,结合地勘和设计参数,分析了地基沉降计算修正系数的变化规律及工后沉降的时间效应特征,结果表明,软弱土层浅薄的穿透型CFG桩复合地基具有优良的沉降控制效果,对应的地基沉降计算修正系数在0.63～0.17之间,较当量压缩模量相当的《铁路工程地基处理技术规范》推荐值偏低约1/3;地基沉降表现出显著的时间效应特征,地基工后沉降占最终沉降的比值有随时间逐渐降低的趋势;路堤填筑速率加快和地基布桩间距加大,对穿透型CFG桩复合地基工后沉降占最终沉降的比值有明显增大作用,地基沉降稳定所需的时间更长。

高速铁路桥上有砟-无砟轨道过渡段动力学研究

基于京沪高速铁路特大桥上的有砟轨道与CRTS II型板式无砟轨道之间的过渡段实例,建立车辆-轨道耦合动力学有限元计算模型,通过不同结构处理措施对有砟-无砟轨道过渡段动力学特性的影响研究,研究表明：当有砟轨道轨下胶垫刚度为55～75 MN/m,无砟轨道轨下胶垫刚度为20～30 MN/m时,有砟轨道的整体刚度大于无砟轨道;当有砟轨道轨下胶垫刚度为55～75 MN/m,无砟轨道轨下胶垫刚度为40～50 MN/m时,无砟轨道整体刚度与有砟轨道大体相当;过渡段枕、宽枕等不宜在有砟轨道刚度大于无砟轨道时使用;采用道砟胶结后提高了道床的整体性及过渡段轨道结构的稳定性,但增加了轨道刚度,应同时降低轨下胶垫刚度,以减小轮轨力;辅助轨只是增加了轨道结构的稳定性,对轨道刚度影响较小。

高速铁路动检车检测数据里程误差评估与修正

减小动检车检测数据里程误差,是实现准确评估轨道状态与深入研究轨道状态演变规律的基本保障。针对当前处理动检数据里程误差的不足,建立一种基于局部波形匹配的动检数据里程误差定量评估模型,并采用两次插值的方法修正里程误差。通过对平面曲线分析发现,平面曲线直缓点、缓圆点、圆缓点和缓直点均可作为里程误差校正点。结合某高速铁路动检数据计算表明:在99.7%置信度下,该线动检数据绝对里程误差在[-23.815.6]m,相对里程误差在[-15.9 15.7]m;修正里程误差后,校正点附近绝对里程误差可控制在[-0.7 0.7]m,全线相对里程误差可控制在[-4.2 4.2]m,因而本文方法能有效地实现对线路尤其是长大曲线内部的里程误差处理。

高速铁路板式无砟轨道CA砂浆研究现状与展望

水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)是高速铁路板式无砟轨道的关键结构层之一,起着支承、调整、传载、减振和隔振的作用。结合单元板式无砟轨道CA砂浆的应用情况,总结分析当前国内外CA砂浆的配合比设计、静动态力学性能、耐久性及CA砂浆与板式轨道动力学匹配的研究现状,指出在这些研究方面的不足,在此基础上对CA砂浆的研究方向作出了展望。

高速铁路大跨度连续刚构梁桥预拱度设置对无砟轨道的影响研究

无砟轨道铺设于桥上时,轨道的高低平顺取决于桥梁的最终线形。为研究轨道铺设过程中预拱度的设置对大跨度连续刚构梁桥的成桥线形和轨道高低不平顺的影响,根据某连续刚构桥上铺设无砟轨道的工程实际参数,采用经验公式为桥梁设置预拱度,利用有限元法建立完整的桥梁结构模型,分析不同预拱工况下铺设无砟轨道的桥梁成桥线形及轨道高低不平顺变化规律。结果表明:预拱度的设置和轨道二期恒载会造成桥上轨道的高低不平顺,且长波不平顺影响最为显著,设计时需对桥梁线形形成的轨道长波高低不平顺进行检算,设置合理的预拱度以满足规定的限值要求。

基于模糊贝叶斯网络的山区高速铁路桥梁运营风险评估

针对山区高速铁路桥梁风险情况复杂且影响巨大的特点,提出基于模糊贝叶斯网络,建立山区高速铁路桥梁运营风险评估模型。将山区高速铁路桥梁风险损失划分成3类,分别列出各类损失的风险因素,构建桥梁运营风险概率评估的贝叶斯网络,通过专家调查法统计出桥梁风险因素的概率等级分布,并根据链式传递规则计算出风险事故的概率等级分布。然后,结合风险矩阵对桥梁运营风险水平进行评估。最后,利用该方法分析贵广高速铁路上云阳双线特大桥的运营风险。结果表明,建立的模型计算过程简便,评价结果符合实际,具有较高的实用性。

高速铁路非饱和土地基处理技术

通过分析室内固结试验成果,对非饱和土的水土特性及固结压缩特性进行研究,进而结合现场沉降测试结果对各类加固工法下非饱和土地基的沉降规律展开讨论。研究表明,虽然地基土的最终沉降量只与土体的压缩模量有关,但是非饱和土体的瞬时沉降受饱和度影响显著。从固结稳定时间上看,非饱和土的固结时间与饱和度有密切关系,低饱和度下,固结时间随着饱和度的增加而延长,当饱和度超过82.8%时,固结时间随着饱和度的增加而减小并最终趋近于饱和土的固结时间。采用双曲线模型预测地基土的最终沉降量,对不同工法加固非饱和土地基的加固效果进行评价,可以看出,强夯、换填和短水泥搅拌桩加固非饱和土地基完全满足高速铁路路基沉降控制要求。

高速铁路桩板结构路桥过渡段无砟轨道动力特性试验研究

桩板结构被广泛应用于我国高速铁路深厚软土地区地基处理,其对路基与桥梁间不均匀沉降控制具有显著效果,但针对桩板结构路桥过渡段上无砟轨道的结构动力特性却鲜有研究。以杭长高铁桩板结构路桥过渡段为研究对象,采用现场实车测试,分析不同行车速度下过渡段和相邻桥梁上无砟轨道结构动力特性及其差异。研究结果表明,随行车速度增加,钢轨和轨道板加速度呈指数增长,轨道板动位移呈线性增长;同一行车速度下,过渡段和桥梁上轨道结构振动无突变现象,差异性小;由行车测试数据拟合结果预测行车速度达到350 km/h时,过渡段上钢轨加速度约为2 324 m/s^2,轨道板动位移约为0.49 mm,轨道板加速度约为17.89 m/s^2。