北京地铁线路轨道不平顺谱分析

研究目的:轨道不平顺谱(简称"轨道谱")是评价轨道状态的重要指标,同时也是指导轨道结构与机车车辆设计的关键参数。本文通过计算北京地铁6条线路的轨道谱,分析、验证轨道谱的概率分布,并对轨道谱进行对比分析与拟合计算,从而揭示轨道谱的统计特征与评估线路整体的轨道平顺性。研究结论:(1)北京地铁线路轨道谱近似服从χ~2(2)分布;(2)各线路的高低和轨向谱均存在空间频率为0. 04 m~(-1)整数倍及0. 376 m~(-1)的窄带谱峰,部分线路存在空间频率为0. 3～0. 4 m~(-1)的宽带谱峰;(3)北京地铁整体上轨道平顺状态较好,新建线路的轨道平顺性优于早期线路;(4)利用高铁无砟轨道谱公式通过最小二乘法计算得到了北京地铁轨道谱的拟合系数;(5)本研究成果能够用于指导轨道状态评估与地铁线路设计,同时还可为其他城市地铁线路轨道谱的研究提供参考。     

遂渝线无砟轨道综合试验段轨道平顺状态研究

研究目的:研究无砟轨道不平顺的统计规律和特征,从频域、幅值域等几方面对轨道不平顺的幅值特性、波长结构以及是否包含周期性波形等做全面的分析描述.以期为客运专线铁路工程设计、施工及无砟轨道系统的养护维修提供一定的参考.研究结论:本文以遂渝线轨检车实测轨道不平顺数据为统计样本,基于样本平稳性检验,采用周期图法和AR模型法对样本做功率谱密度估计,并由MATLAB编程得到轨道不平顺谱密度.通过对比分析得出:遂渝线在运营10个月以后逐渐形成稳定的波长结构、2～4 m的窄带范围内存在周期性不平顺、无砟轨道试验段长波不平顺能量较低;全线整体平顺状态较好,无砟轨道试验段显著优于有砟轨道,谱密度值显现了无缝线路的谱特征等结论.     

秦沈客运专线板式无砟轨道不平顺功率谱分析

以秦沈客运专线轨检车实测轨道不平顺数据为统计样本，基于样本平稳性检验，采用FFT方法进行样本空间的谱估计，并由MATLAB编程得到轨道不平顺谱密度和相关函数。通过对比分析，发现无砟轨道不平顺优于有砟轨道，高低和方向不平顺尤为突出；在8m以下波段内无砟轨道不平顺很好，无明显周期性成分；无砟轨道左右股钢轨横向不平顺控制均匀；左右两轨高低不平顺相关性较强，方向不平顺相关性较弱。基于样本的总体平均，运用非线性最小二乘拟合优化算法，得出无砟轨道不平顺谱密度拟合曲线参数值，对于研究我国无砟轨道不平顺功率谱有参考价值。     

考虑周期性不平顺的高速铁路各型无砟轨道谱拟合与反演方法

轨道不平顺是轮轨相互作用的激扰源，其周期性特性是除波长、幅值外不可忽视的特征。结合大量动检数据，提出考虑周期性不平顺的高速铁路各型无砟轨道谱拟合与反演方法，结果表明：高速铁路周期性不平顺根据轨下基础结构尺寸、钢轨状态等诱因分为9类。提出采用修正的高斯函数表征周期性不平顺，基于8阶多项式拟合无砟轨道谱，结合谱反演验证周期性不平顺表征的合理性。通过拟合谱发现，CRTSⅢ型板的随机不平顺状态最优，CRTSⅠ型板最差。CRTSⅡ型板与双块式的随机不平顺状态相当，这两种板型轨道谱在大多数波段介于CRTSⅠ型板和CRTSⅢ型板之间，与高速铁路无砟轨道谱的分布特征最为接近。     

成都地铁7号线轨道不平顺谱特征分析

目的：为了对列车运行的平稳性、安全性、舒适性以及环境振动噪声进行更好的控制，亟需展开针对成都地铁线路进行轨道不平顺谱的分析研究。方法：采用轨检车对成都地铁7号线轨道弹性变形和永久变形的叠加状态进行动态检测，测试项目主要包括左右轨的高低不平顺、轨向不平顺、水平不平顺及轨距不平顺等。然后采用目前最常用的功率谱密度估计方法——Welch法(改进的周期图法)进行功率谱密度计算，得到统计期内被测轨道的长波高低不平顺谱、轨向不平顺谱、轨距不平顺谱及水平不平顺谱，并对计算结果进行分析，总结出成都地铁7号线轨道不平顺谱的频率特性，并与国内外典型轨道谱进行对比。基于非线性最小二乘法，采用中国三大干线谱公式对成都地铁7号线轨道谱进行曲线拟合。结果及结论：轨道板板缝会影响轨道的长波不平顺；成都地铁7号线轨道不平顺谱均存在空间频率为0.04 m^-1整数倍的窄带谱峰，该空间频率与无缝钢轨相邻2个焊缝间的线路长度吻合，焊缝不平顺已经成为了严重影响轨道状态以及列车运行的问题；成都地铁7号线轨道的平顺性优于美国、德国以及我国的普速铁路(尤其是波长大于19 m的长波频段),但不如我国的高速铁路无砟...     

有砟-无砟轨道过渡段动不平顺特性研究

研究目的:目前,有砟-无砟轨道过渡段轨下刚度的设置仅考虑施工便利性,线路动不平顺性未得到根治,仍存在较多的线路病害。为解决上述问题,需要研究有砟-无砟轨道过渡段的轨下刚度与动不平顺的关系,从而制定合理的过渡段过渡方式,达到减少线路维修、提高乘车舒适性的目的。研究结论:通过分析线路动不平顺的动不平顺线形、钢轨挠度变化率、线路动不平顺二次导等指标,得出以下结论:(1)现有有砟-无砟轨道过渡段的设置未完全解决线路轮轨力增值过大、行车平顺性差等问题;(2)良好的过渡段轨下刚度线形设计可显著改善线路过渡效果,建议采用线性过渡方案;若过渡段采用分段式过渡,过渡段分段数不得少于5段;过渡段的长度宜结合车速设置为20~30 m;(3)合理的轨下刚度设置方式可有效降低高速、重载线路有砟-无砟轨道过渡段病害问题,并可为其他过渡段设置提供参考。     

高架轨道交通无砟轨道谱特性分析

为了获取高架轨道交通无砟轨道谱的特征参数,提出采用Levenberg-Marquardt法对原始轨道谱线进行拟合。以上海轨道交通3号线检测数据作为样本、我国干线铁路7参数谱模型作为拟合公式,利用Levenberg-Marquardt法对轨道标准谱进行拟合。研究结果表明:采用Levenberg-Marquardt法对轨道谱进行拟合是可行的,轨道拟合谱线可以较好地表征原始轨道不平顺特征;得到了轨道谱以及轨道上、下极限谱的特征参数;基于轨道谱提出轨道质量判断方法,将轨道质量分为优良、合格和不合格3个类别,利用轨道谱及极限谱对轨道质量进行判定;最后,建议把轨道不平顺谱纳入轨道质量管理体系中,将其作为轨道质量的主要控制指标之一。     

高速铁路无砟轨道不平顺谱的比较分析

从功率谱密度、时间样本和动力影响角度,对中国高速铁路无砟轨道不平顺谱进行分析,并与德国高速铁路轨道谱进行比较。结果表明:中国高速铁路无砟轨道高低和方向不平顺谱均明显优于德国高速铁路低干扰轨道谱,更优于其高干扰谱,尤其在10~100 m波长范围;不同线路状态的中国高速铁路无砟轨道水平和轨距不平顺谱与德国高速铁路水平和轨距不平顺谱在不同波长范围内各有优劣,除90%百分位数谱外,在中长波范围内,中国高速铁路无砟轨道水平和轨距不平顺谱优于德国高速铁路轨道谱;从时间样本来看,中国高速铁路无砟轨道不平顺谱幅值明显小于德国高速铁路低干扰和高干扰轨道谱;相同运营条件下,中国高速铁路无砟轨道不平顺谱对行车动力性能的影响最小,德国高速铁路低干扰轨道谱的影响次之,其高干扰谱的影响最大。由此可见,中国高速铁路无砟轨道几何状态优良,在其不平顺谱激扰作用下,高速车辆运行的轮轨动力学性能优秀。     

重载铁路轨道不平顺谱的分析和表征

轨道不平顺的数学表达对线路状态评估和轮轨动力学分析具有重要意义。计算和分析大秦和朔黄重载铁路2～70 m波长范围内的轨道不平顺谱特征，提出重载铁路轨道不平顺的数学描述，可用于轨道不平顺序列模拟和线路状态评估。数据来源为这两条铁路的高低、轨向、水平和轨距轨道不平顺实测数据。使用小波分析和Welch修正周期图法计算轨道不平顺谱，并与国内外标准轨道谱进行对比；使用多项式拟合算法拟合轨道不平顺谱包络，并使用国内外标准谱拟合公式进行拟合实验对比。最后，给出了发生在钢轨焊缝位置的周期不平顺表达式，并结合轨道拟合谱的逆傅里叶变换方法，对轨道不平顺空间序列进行数值模拟。研究表明：大秦和朔黄轨道不平顺谱的频率和幅度特征基本一致，因此可以使用统一的拟合公式进行拟合；提出的8阶多项式拟合公式能精确地拟合轨道不平顺谱的形状；随机不平顺和周期不平顺的共同表达使轨道不平顺拟合谱的形状和轨道不平顺的数值模拟更为合理和准确。     

京沪高速铁路轨道动静态几何状态变化分析

阐述京沪高速铁路轨道动静态几何状态变化规律、轨道不平顺谱变化特点,以及路基、隧道、桥梁和过渡段等轨道特征区段不平顺变化规律;对比分析轨道特征区段轨道不平顺波形,提出对高速铁路线路的调节器、有砟和无砟轨道过渡段、引桥简支梁梁端线路加强检查和维修养护等建议。     

客运专线有砟轨道不平顺谱特性实测研究

结合合武客运专线有砟轨道不平顺检测数据,针对客运专线有砟轨道结构1~50 m波长范围内的不平顺特性开展实测分析。采用非周期图法对有砟轨道不平顺的功率谱密度函数进行估计;对半年内轨道不平顺功率谱的变化规律进行分析;对客运专线轨道不平顺功率谱值随波长的变化特性进行分析,并与当前国内外的通用谱进行对比分析;利用非线性最小二乘优化算法对客运专线有砟轨道结构的不平顺谱密度函数进行拟合,提出客运专线有砟轨道不平顺谱拟合公式。研究结果表明,温度变化对高低、轨向不平顺谱的影响非常显著;在分析波长范围内,大部分区段内的客运专线轨道不平顺功率谱值低于德国低干扰谱或者与德国低干扰谱相当,仅有小部分区段内高于德国低干扰谱。     

不同刚度的32m简支箱梁动力性能试验分析

研究目的:为研究不同刚度的高速铁路32 m简支箱梁在动车组列车作用下的工作状态,本文对6个图号的简支箱梁(优化前后的250 km/h有砟轨道、250 km/h无砟轨道、350 km/h无砟轨道)的实测梁体竖向挠跨比、自振频率及动车组作用下的动力响应数据进行分析。研究结论:(1) 32 m箱梁自振频率和挠跨比实测值大于设计值,截面优化后的竖向刚度与优化前相比均有所降低;(2)在同一型号动车组作用下,箱梁振动数值大小与梁体刚度大小呈反比;(3)设计速度250 km/h无砟轨道箱梁横向和竖向振动实测值最大,350 km/h无砟轨道箱梁刚度大于250 km/h有砟轨道箱梁但竖向动力响应数值相当,无砟轨道箱梁振动数值大于有砟轨道;(4)同一图号的32 m简支箱梁,当动车组轴重增大、桥上线路不平顺时,桥梁竖向动力响应与线路平顺状态时相比明显增大,会发生超过通常值的现象;(5)本文研究可为桥梁车桥耦合仿真计算、设计优化、运营性能评估提供参考。     

考虑波长因素的高铁无砟轨道不平顺分形分析

保证无砟轨道几何形位服役状态是高速铁路线路养护维修的核心内容,轨道不平顺波长因素直接影响列车运营舒适性.采用分形尺码法对无砟轨道不平顺的分形特征进行分析,讨论分形维数表征轨道不平顺短波、中波和长波的能力,确定分形维数对应的波长范围.对某高铁线路实测200 m区段长度的高低和轨向不平顺样本进行分析,研究不同波段分形维数对应波长尺码的稳定性.研究结果表明:无砟轨道不平顺的分形维数可分为3个波长区间,即D1(0.135～2.16 m),D2(4.32～17.28 m)和D3(34.56～138.24 m);分形维数对应波长尺码具有较好地稳定性;采用分形维数指标可以有效地对区段轨道不平顺的波长进行定量化评定.     

考虑轨道谱概率分布的不平顺样本模拟方法

研究目的:傅立叶逆变换法是一种简洁有效的轨道随机不平顺数值模拟方法。为精确反映轨道不平顺谱概率分布特征,在傅立叶逆变换法基础上,引入新的随机变量,本文提出一种考虑轨道谱概率分布的傅立叶逆变换法,并通过功率谱对比、频率点功率谱分布检验验证方法的准确性。研究结论:(1)本文提出的考虑轨道谱概率分布的傅立叶逆变换法模拟生成的不平顺时域样本集的均值谱、百分位谱与原轨道谱均有较好一致性;(2)与傅立叶逆变换法、三角级数法相比,本文方法生成的不平顺样本集的各频率点功率谱分布规律能更好地满足原轨道谱概率分布;(3)相同样本数情况下,本文方法生成的不平顺样本集统计精度误差优于三角级数法;(4)本研究成果可为车辆-轨道耦合动力学中轨道随机不平顺样本模拟提供一种更加精确的数值模拟方法。     

利用高速铁路轨道不平顺谱估算不平顺限值的方法

基于车辆-轨道耦合动力学理论,结合我国高速铁路轨道不平顺的管理模式,提出利用高速铁路轨道不平顺谱进行不同管理等级轨道不平顺限值估算的方法。以中国高速铁路无砟轨道不平顺谱激扰作用下中国典型高速车辆在板式无砟轨道上运行为例,进行350km/h行车速度条件下轨道高低、轨向、水平、轨距不平顺各管理等级(Ⅰ~Ⅳ级)对应限值的估算,并与传统单一谐波(波长为10、40m)激扰作用下计算获得的限值和国内外高速铁路轨道不平顺标准对比分析。结果表明,采用本文所提的限值估算方法,以包含多种波长成分的随机不平顺作为输入激扰,相比单一谐波的计算方式考虑更为全面,可反映轨道不平顺各波长成分对行车品质的共同作用;相比国内外高速铁路轨道不平顺标准,在本文仿真计算条件下,利用高速铁路轨道不平顺谱估算的各管理等级轨道不平顺限值总体居于国内外标准之间。因此,本文利用高速铁路轨道不平顺谱进行轨道不平顺限值估算的方法是可行的,为采用动力学仿真手段获取轨道不平顺理论限值提供了一种新途径。     

扭曲不平顺对双块式轨道动力特性的影响分析

研究目的:扭曲不平顺作为一种轨道几何形位的不平顺,对行车平稳性、安全性及舒适性造成不利的影响。本文基于车辆动力学有限元方法,以轮轨关系为联系纽带,将机车车辆、轨道作为一个整体大系统,应用计算机数值仿真的方法并借助于通用大型有限元动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA建立包含轨道扭曲不平顺的车辆-双块式无砟轨道垂向全车耦合模型,研究扭曲不平顺幅值对双块式无砟轨道动力特性的影响,初步提出扭曲不平顺安全限值的建议值。研究结论:(1)随着扭曲不平顺幅值的增加,车体、转向架、轮对、钢轨、道床板垂向加速度随之增加;在车辆一系、二系悬挂系统良好的减振效果下,车体加速度幅值不大,并不会对旅客舒适度造成太大影响;(2)从行车安全角度出发,建议将扭曲不平顺幅值限值为2 mm;(3)本文提出的扭曲不平顺限值对双块式无砟轨道设计有一定的参考价值,可对我国轨道几何形位的维修养护提供一定的理论指导。     

线路不平顺对桥上CRTSⅡ型板轨道振动的影响

研究目的:轨道不平顺引起的列车振动和轮轨相互作用力随着列车速度的提高成倍增大。对车辆-轨道-桥梁耦合振动而言,桥梁变形和轨道不平顺相互叠加形成轨面位移,因而轨道不平顺对系统动力响应的影响更加显著。本文针对轨道不平顺对客运专线高架轨道结构振动特性的影响进行研究,分析三种实测中长波轨道不平顺状态,即路基有砟轨道不平顺、桥上有砟轨道不平顺以及隧道无砟轨道不平顺对高架轨道结构振动响应产生的影响。研究结论:(1)在相同运营条件、相同养护条件下,不同轨道结构的不平顺状态对轮轨冲击作用力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度的影响不同,但对桥梁振动加速度的影响较小;(2)在客运专线轨道中长波不平顺激励下,钢轨振动频率主要分布在20～250 Hz范围内,轨道板、桥面板垂向振动频率分布在20～150 Hz范围内,轨面不平顺度的波长成分是影响轨道结构振动频率分布特性的一个主要因素;轮轨力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度受随机不平顺的短波长成分的影响显著;(3)除了轨道结构类型的影响,轨道不平顺功率谱大小与波长特性对轮轨力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度也产生了显著的影响,建议在进行轨道不平顺控制时将轨道不平顺谱纳入高速铁路客运专线轨道质量的评价指标当中;(4)本研究成果对加深认识我国高速铁路轨道不平顺对高架轨道结构振动特性的影响具有一定的理论意义和实用价值。     

高速铁路无砟轨道抬升纠偏新技术研究

高速铁路运营后,由于高速列车的反复作用和路基的不均匀沉降,常发生线路的严重超限不平顺,这种不平顺必须进行处理,否则将严重威胁列车的运行安全。针对高速铁路无砟轨道线路的超限不平顺现象,通过大量实验基地实验和计算分析,提出一种通过对无砟轨道抬升纠偏,然后灌浆,恢复线路平顺性的施工方法,探讨了整个施工程序和质量控制措施。     

不平顺谱对列车轨道系统动力性能影响的对比分析

轨道不平顺是影响高速列车-轨道系统动力响应的主要因素之一,为了对比分析不平顺谱对列车轨道系统的影响,运用轮轨系统动力学的基本原理,建立列车-无砟轨道-路基系统垂向耦合动力模型,计算分析3种不平顺谱下车辆和轨道系统的动力响应。结果表明:不同轨道谱作用下车辆与轨道系统动力响应具有较大的差异,美国轨道谱的影响最大;武广客运专线轨道谱的影响最小,但对轨道系统的影响与德国谱相近。建议对于具体实际问题,应选用合理轨道谱:既有的武广客运专线不平顺谱是在运营初期测得,适用于开通初期的高速铁路线路,对于已经运营数年的武广客运专线,应进行不平顺谱的复测,才能准确反映实际情况。     

高速铁路无砟轨道振动分析

研究目的:通过建立考虑线路随机不平顺的轨道结构连续双层梁模型,提出分析高速铁路弹性支承块式无砟轨道结构振动的数值方法,为无砟轨道结构设计提供指导.研究结论:对轨道结构振动方程进行傅里叶变换,求解傅里叶变换域中的振动位移,再通过快速离散傅里叶逆变换得到轨道结构的振动响应.线路随机不平顺是根据实测的功率谱函数在计算机上生成的.相对于其它复杂的车辆-轨道耦合动力学模型,该方法简单可行,借助于Matlab软件使得程序编制容易实现,且能反映轨道振动的基本规律和特点,尤其适合于整趟列车通过时轨道结构振动分析的情况.作为应用实例,对高速铁路弹性支承块式无砟轨道进行了振动分析,分析了线路不平顺等级、轨枕垫板和弹性扣件刚度、轨道基础刚度和列车速度对轨道振动的影响,得到了轨枕块橡胶垫板静刚度和橡胶套靴静刚度的合理设计值范围分别为60～90 MN/m和120～150 MN/m.