200 km·h-1提速线路涵洞综合试验研究

在陇海线郑徐段200 km·h-1提速区段上对5座涵顶填方厚度为0.52～0.85 m的涵洞,采用160km·h-1提速列车分别在其上、下行线(上行铺设弹性轨枕,下行铺设普通轨枕)拉锯运行,实测和分析车辆、轨道、涵洞和路基动力响应的各种参数,并仿真分析200 km·h-1提速列车通过涵洞时的动力学性能.结果表明在路基状态良好、道床厚度为30 cm以上时,不管铺设弹性轨枕与否,均能满足200 km·h-1提速列车运行安全性、平稳性和乘坐舒适性的要求;在填方厚度不足1.2 m的涵洞区段,枕下支承刚度存在不均匀现象,其程度受路基状态、涵洞跨度及结构形式的影响,路基状态良好地段的不均匀现象不明显,反之则比较突出;铺设弹性轨枕可调整枕下支承刚度,降低道床振动加速度,但轨枕垂向位移、振动加速度以及钢轨动弯应力有所增大;涵顶的填方厚度能够有效降低涵顶的振动幅值和动力系数,而弹性轨枕对涵顶的振动幅值和动力系数基本没有衰减作用.     

高速磁浮简支箱梁桥车致动力响应分析

为研究600 km/h高速磁浮简支箱梁桥方案的车致动力行为,基于柔性体动力学方法,建立并验证了磁浮列车通过桥梁的桥梁动力分析模型。以跨度30.96 m高速磁浮简支箱梁桥为研究对象,进行不同梁高的桥梁动力特性对比,分析不同梁高和车速对高速磁浮桥梁动力响应的影响。结果表明:所建立移动荷载过桥动力分析方法能较好地反映磁浮列车通过桥梁时的桥梁动力响应。针对2.8,3.0,3.2 m三种梁高,速度分别为200～480,200～500 km/h和200～540 km/h时,桥梁竖向位移随速度变化的幅度较小,当速度分别超过480,500 km/h和540 km/h时,桥梁竖向位移急剧增大。2.8 m梁高的桥梁动力系数最大为1.319。桥梁竖向加速度随速度变化出现3个极值点,320～360 km/h速度对应的桥梁竖向加速度最大,2.8 m梁高对应的加速度为4.040 m/s~2。     

长沙中低速磁浮低置结构提速动力响应试验研究

随着我国交通的发展及城市客运量的不断增加，提速成为中低速磁浮发展和推广的核心竞争力。为研究长沙中低速磁浮低置结构段最高运营速度，在长沙磁浮低置结构段开展动力响应现场试验，实测不同时速、载荷等工况下低置结构振动加速度、动位移与动应变以及车辆振动等，分析承轨梁、路基、车辆的动力响应特征，得出长沙磁浮低置结构动力响应变化规律与建议运营速度。结果表明：当试验速度为100～125 km/h时，承轨梁、路基及车辆的各动力指标均满足规范要求；当试验速度达到130 km/h时，超载工况下车辆垂向加速度最大为1.14 m/s²,超过规范限值且列车运行过程中存在磁浮掉点砸轨现象；建议长沙磁浮低置结构段最高运营速度不高于125 km/h;行车平顺性和舒适性是影响磁浮提速的主要因素。长沙磁浮正式提速运营至今已达半年，运行平稳，相关研究成果可供磁浮提速工程参考。     

京沪高速铁路路涵过渡段动态响应特征及影响范围研究

针对高速铁路的桥涵与临近路基由于存在材料和沉降的差异形成的刚度和几何不平顺,对路涵过渡段的动态响应和影响范围进行研究。本文建立"车辆-轨道-过渡段"垂向耦合动力模型,研究过渡段路基的动态响应特征,并与京沪高速铁路廊坊段路涵过渡段现场实测值进行对比。结果表明,当运行速度小于300km/h时,过渡段基床动应力、加速度、垂向位移等随速度增加而增大;在300km/h时动应力、加速度出现最大值,动位移随行车速度呈线性增大;从动应力、加速度的影响范围看,运行速度在300km/h以下时路涵过渡段影响范围为20~25m,300km/h及以上时,过渡段长度达到30~35m。当设计速度超过300km/h时,应适当加长路涵过渡段长度。     

路涵过渡段涵洞竖向压力现场试验研究

路堤填方作用下涵洞竖向压力与路堤填土高度和涵洞宽度之比H/D有直接关系。针对涵顶路基填方作用于上埋式刚性涵洞的土压力问题,在两个不同填土高度(5 m、3 m)的涵洞顶和过渡段路基内埋设土压力传感器,测试分析涵洞和过渡段路基的竖向压力在填筑过程中的变化特性。本工点试验结果表明,涵洞竖向土压力系数K随着填土高度的增加,存在先增大再略有减小至稳定的过程,且填土完成后的设计K值与实测K值之比达到1.16。     

基础沉降对土路基上板式轨道动力性能影响分析

研究目的:无砟轨道的稳定性和耐久性由线下基础决定,而土路基上无砟轨道铺设成功的核心是不均匀沉降的控制,因此研究不均匀沉降对轮轨系统的动力影响对工程设计很有必要。研究方法:应用车辆-轨道耦合动力学理论,建立了土路基上车辆-板式轨道耦合动力学垂向模型,并编制相应的仿真计算程序。研究结果:选用不同沉降工况进行计算,得出轮轨系统的动力响应,以及不均匀沉降对轮轨系统的动力影响规律。研究结论:当车辆通过路基不均匀区段时,轮轨动力作用急剧增大,CA砂浆和路基面动应力明显增大,设计速度为250 km/h时,路基不均匀沉降建议控制在20 mm/20 m以内,困难路段不得超过30 mm/20 m,设计速度为300 km/h时,路基不均匀沉降建议应控制严格在20 mm/20 m以内。     

普速铁路涵洞覆土厚度不足地段轨道减振措施研究

既有线经提速改造后,因标准提高,出现涵洞地段原有的覆土厚度不满足规范要求,列车通过时引起较大振动,必须采取相应的轨道减振措施。调研常用的轨道减振方法,结合既有宁启线200 km/h提速工程实例,运用车辆-轨道耦合动力学理论,对不同减振方案下车辆、轨道、路基的动力学指标进行仿真计算。计算结果表明:不减振措施方案,不能满足时速200 km线路要求;减振方案各项计算结果均满足相关规定要求,能满足时速200 km线路要求。根据仿真计算结果,综合分析施工方便性、整治后的工后沉降以及综合经济性指标后,对200 km/h提速工程涵洞覆土厚度不足地段得出以下结论:0.65 m≤覆土厚度h≤1.2 m地段,采用弹性长轨枕方案,覆土厚度h0.65 m地段,采取线路纵断面调整措施将覆土厚度调整至0.65 m以上。     

温度-轨道不平顺组合激励下车-轨-桥耦合动力响应分析

为研究温度-轨道不平顺组合激励下千米级矮塔斜拉桥上无砟轨道的行车安全,根据运营环境确定温度荷载工况,并采用ANSYS进行静力分析,确定最不利温度荷载工况。基于车-轨-桥耦合动力分析理论,分析温度-轨道不平顺组合激励下千米级的矮塔斜拉桥上无砟轨道行驶高速列车的动力响应,计算不同行车速度对车辆和桥梁动力响应的影响,并根据现有规范标准,评价千米级的矮塔斜拉桥上无砟轨道的行车安全,提出温度-轨道不平顺组合激励下桥上安全行车的舒适行驶速度范围。分析结果表明：以350 km/h设计行车速度过桥时,动车、拖车垂向加速度最大值分别为0.8 m/s²和0.66 m/s²,各动力响应数据均处于优良水平,满足相关规范要求;车体的加速度最值与行车速度呈正相关趋势;行车速度为400 km/h时,动车车体垂向加速度最大值为0.95 m/s²,是行车速度为250 km/h的1.48倍;当车速达到400 km/h时,Sperling舒适性指标由“优秀”转为“良好”,行车舒适度相对较差。为保证桥上行车安全,建议行车速度不超过400 km/h。     

朔黄铁路重载扩能的路基强度评估

采用轻型动力触探N10试验、地基系数K30试验和弹性波探测等对朔黄重载铁路两个过渡段路基进行加固前后路基状态的检测,结合轴重分别为25t、27t、30t,行车速度分别为80km/h、100km/h共6种不同扩能方案,进行路基动力响应的有限元模拟和拟静力分析,对朔黄铁路重载扩能的路基强度条件进行评估。结果表明,加固前过渡段路基强度和承载力较低,不满足朔黄铁路进一步重载扩能的要求。采用斜向高压旋喷桩加固强化后,路基强度明显提高,加固后的朔黄铁路路基强度能够满足轴重27t、速度100km/h的行车要求,但尚不具备开行30t轴重重载列车的条件。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道路涵过渡段的优化设计研究

研究目的:以京沪高铁廊坊段CRTSⅡ型板式无砟轨道路涵过渡段为背景,采用Abaqus数值分析软件建立车辆-轨道-过渡段动力系统耦合模型,研究不同因素对列车通过路涵过渡段时运行安全性及平稳性的影响。根据极差和方差分析方法,确定影响列车运行安全性及平稳性的因素重要性次序,提出高速铁路路涵过渡段最佳设计方案。研究结论:(1)以横向力或线路横向稳定性系数为试验指标优化时,过渡段方式为第一影响因素;以车轮脱轨系数、轮重减载率或Sperling舒适度指标为试验指标优化时,行车速度为第一影响因素;以垂向加速度为试验指标优化时,填土厚度为第一影响因素;(2)建议在路涵过渡段设计时采用倒梯形过渡、过渡段长度25 m、涵洞跨径2 m、填土厚度4 m、行车速度330 km/h的方案,能使列车运行安全性及平稳性达到最优状态;(3)该研究成果可为其他高速铁路路涵过渡段的设计提供借鉴。     

高速移动荷载作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道基础结构动应力分布规律

运用ANSYS软件,建立路堤上的CRTSⅡ型板式无砟轨道基础结构的动力有限元模型,研究不同速度移动荷载作用下轨道和路基动应力的分布和传递规律。结果表明:在不同的轨道和路基层内动应力沿横向的分布规律与移动载荷的速度相关性不大,而与各层距钢轨底面的距离关系很大;轨道板应力沿横向呈驼峰形分布,最大值位于钢轨正下方,钢轨之间应力水平基本一致;路基动应力随深度的增加,在距离钢轨底面1m范围内急速衰减,在1～4m范围内基本呈线性快速衰减,超过4m后衰减较为缓慢;不同位置的路基动应力总体上随着移动荷载速度的增加而增大,在80～350km·h-1的车速范围内具有较为明显的线性关系,而当速度小于80km·h-1或者大于350km·h-1时变化不明显。     

墩台基坑开挖过程中列车动载对路堤的动变形分析

大量新建桥梁桥墩基坑工程位于铁路路基保护范围以内,使得铁路不可避免地受到基坑开挖的影响,既有铁路的列车动载加剧这种不良影响。在基坑开挖过程中,为了确保邻近铁路的安全,以孙渡特大桥上跨丰洛铁路桥墩施工为背景,通过建立三维有限元数值模型,分析在客车和货车不同速度下邻近既有线的基坑开挖过程中路堤的动变形规律:随着基坑不断向下开挖,路基中心处的竖向动位移和水平向动位移均增大,且水平动位移增长率大于竖向动位移增长率。60 km/h客车和40 km/h货车动荷载下路基中心的竖向最大动位移分别为3.32 mm和3.42 mm,其他情况均大于3.5 mm。最后基于铁路路基动变形3.5 mm的控制标准,提出在基坑开挖过程中客车限速60 km/h和货车限速40 km/h的控制措施可行。     

高速铁路桥路过渡段动应力测试与分析

研究目的:高速列车的平稳、安全运营,需要路基结构物提供沉降小、刚度大、动力特性稳定的轨下支撑系统。在武广高速铁路设计中,为实现桥梁与路基的刚度和沉降平顺过渡,设置了桥路过渡段。在过渡段中预埋设动测元件,研究CRH2动车组高速通过过渡段的动应力的空间分布特性。研究结论:桥路过渡段路基基床表层动应力的最大值位于过渡段正梯形底部折角处,均值约12.73 kPa;桥路过渡段路基基床表层采用级配碎石加强后,动应力在垂向衰减较快,至基床底层底面时,衰减率达90%;列车速度由200 km/h增加到250 km/h时,路基基床表面动应力增加约20%;车速由250 km/h增加到350 km/h时,过渡段路基基床表面的动应力增加约10%。     

浙赣线提速路基基床承载力评估及加固措施

首先根据路基不同深度处的动应力衰减规律和浙赣线既有路基状况,提出了路床土强度控制条件为:基床表层0~0.3m和0.3~0.6m应分别满足160kPa和110kPa的承载力要求,并采用轻型动力触探(N10)对基床土承载力进行了检测和评估,结果表明,不满足基床土强度控制条件地段约占非改线全段的20%。其次,根据基床土承载力检测结果和基床土填料情况,提出了土工布封闭结合土工格室、换填的加固方法,而换填厚度取决于承载力大小和选取用的格室高度,为浙赣线200km/h提速改造提供了依据。     

更高速度条件下铁路简支箱梁关键参数研究

针对梁体基频、竖向刚度等参数,概述我国高速铁路桥梁参数的研究思路及成果、参数设计及运营现状,采用车桥竖向相互作用程序分析铁路简支箱梁动力响应规律。结果表明,梁体基频为设计参数的控制因素,梁体实测梁体基频高于设计值和规范限值,梁体刚度存在一定的储备;时速350 km的高速铁路简支箱梁可适应更高速度420 km/h的运营要求;420 km/h速度等级高速铁路简支箱梁关键参数可参考350 km/h速度等级相关参数;40 m跨度车桥动力响应明显降低,梁体基频等动力参数不再控制梁体设计,建议开展高速铁路更大跨度简支箱梁应用研究。     

我国重载铁路速度目标值探讨

重载铁路运输品类为大宗货物,其牵引质量大、轴重大,重载铁路速度目标值的确定有别于普通货运铁路,需要深入探讨。从行车组织、路基、桥梁、轨道、供电等方面,对重载铁路速度目标值为80、100、120 km/h时分别进行计算和对比,并结合国内外运营实际进行分析。对比分析表明,不同速度目标值对轨道、路基、桥梁、供电等影响不大,但当速度目标值大于100 km/h时,机车牵引和制动难以实现,重载货物列车设计行车速度等于或小于100km/h是适宜的。     

泥质粉砂岩化学改良土动力特性测试与分析

研究目的:在武广高速铁路设计中,首次将泥质粉砂岩全风化物化学改良土用作高速铁路路基本体填料。高速列车的平稳、安全运营,需要路基结构物提供沉降小、刚度大、动力特性稳定的轨下支撑系统。为研究泥质粉砂岩全风化物化学改良土路基的动力特性,在试验段中预埋设动测元件,CRH3动车以300 km/h以上速度行驶时,测试泥质粉砂岩全风化物化学改良土路基的动力特性。研究结论:试验段动态测试结果表明:在保证泥质粉砂岩全风化物化学改良土的无侧限抗压强度和压实度时,可以填筑高速铁路路基本体。其填筑的路基的动响应参数和A、B组填料填筑路基的动响应参数大小基本相当,整体动力特性稳定,和无砟轨道系统形成良好的动力特性匹配。     

高速行车条件下轨道几何不平顺敏感波长研究

应用车辆-轨道耦合动力学理论及分析软件TTISIM,研究轨道几何不平顺波长变化对高速车辆系统动力响应影响,探讨高速行车条件下轨道几何不平顺敏感波长问题。结果表明:在250～400km/h行车速度域,高速列车系统动力响应指标随轨道不平顺波长变化存在一个幅值相对较大区间;轨道不平顺类型和行车速度不同,敏感区间对应轨道不平顺波长范围亦不相同。综合对比发现:在250～400km/h行车速度域,轨道高低、方向和水平不平顺在长波段敏感波长范围分别约为80～160m、40～120m和50～160m;在相同行车速度条件下,轨道扭曲不平顺在长波段敏感波长范围约为40～100m。     

市域铁路路基地段双块式无砟轨道结构设计

我国市域铁路的建设尚处于起步阶段,需要对160 km/h速度的市域铁路设计标准和轨道结构进行相关研究。依托北京新机场线工程实践应用,着重研究了双块式无砟轨道结构在160 km/h市域铁路路基地段的稳定性和安全性,基于极限状态法计算了多种荷载组合下的受力情况,并对道床板和底座板进行了配筋设计和裂缝检算。研究表明:①160 km/h速度条件下,路基地段轨道结构各动力响应指标均在限值范围内,车体脱轨系数和轮重减载率指标数值均较小,能够保证轨道结构的稳定性和列车行驶的安全性。②温度作用对道床板和底座板的受力影响较大,在设计荷载中占据主导因素。③道床板和底座板底部纵向弯矩均在荷载偶然组合作用下达到最大值,配筋时应以裂缝宽度为控制指标进行设计。     

既有线提速至200 km/h工务存在的问题及其对策

研究目的：第六次大提速中我国铁路既有线提速200km／h的线路延展里程达到6003km，与低速相比较，200km／h对工务提出了更严格的要求，特别是在我国既有线提速200km／h要同时满足200km／h动车组、120km／h货物列车、25t轴重双层集装箱共线运行。为使广大工务工作者更好地适应200km／h的高标准、高平顺性的要求，本文主要从作者亲身参加第六次大提速多次试验中发现的14个问题，对晃车现象进行分析，反思在设计、施工，验收、养护维修等方面普遍存在的问题，初步提出了200km／h地段工务在检测、作业、复测、安全、管理、培训等方面对策和应进一步研究的问题。研究结论：适应200km／h的高标准，提出工务工作的初步对策，包括：检测问题，作业问题，加强钢轨管理问题，轨道结构，长波长检测，大机配套，道碴管理问题，消除曲线、道岔位置不准、坡度不准的问题，试验确定200km／h轨道动态、静态不平顺容许偏差管理值的问题，加强人员培训，建立健全各项管理制度，保证天窗配套，做好路基排水，抓好治安防范、防盗、防护等问题。并提出下一步应重点研究：大机的引进及配套，静态检测工具和工区作业工具的研发，预防性打磨规律的摸索，弄清路基沉降规律以确保过渡段刚度均匀；提高桥梁抗挠曲变形的刚度，通过设计、制造、施工等多个方面综合采取措施提高道岔结构本身和岔区的平顺性，以及既有线客车提速200km／h对桥梁的振动问题和疲劳问题。