长大坡道铺设无缝道岔可行性分析

基于有限单元法建立无缝道岔非线性阻力计算模型,分析不同工况条件下的钢轨纵向力及位移。计算结果表明:坡度对无缝道岔的受力及变形是不利的;随着阻力减小区段距道岔距离增加,钢轨纵向力、最大位移增加,尖轨相对基本轨的位移减小。道床捣固不密实引起的道床纵向阻力减小,会显著增大道岔各部分受力和变形。建议:(1)在大坡道地段,宜采用全长淬火钢轨或高强度钢轨;(2)在进站道岔前列车频繁制动地段、无缝道岔尖端、辙跟、叉心处宜布置观测桩,随时观测无缝道岔的爬行情况;(3)加强无缝道岔防爬锁定;(4)加大上坡方向道床的堆积厚度,并加强捣固。     

岔桥相对位置对桥上无缝道岔受力和变形的影响

为了进一步研究桥上无缝道岔受力和变形的特点,通过建立"岔-桥-墩"纵向相互作用一体化计算模型,分析道岔与桥梁的相对位置对钢轨、道岔、墩台等结构部件受力及变形的影响.经计算分析表明,随着道岔头部距连续梁桥左端梁缝距离的增大,基本轨伸缩附加力、伸缩位移、桥墩所受纵向力减小,翼轨末端间隔铁承受的纵向力增大;尖轨跟端限位器所承受的纵向力、尖轨与心轨相对于岔枕的纵向位移,并不随道岔头部距梁端的距离呈单向变化,只有当道岔头尾距离梁端在一定合适位置时,才能确保限位器受力、尖轨与心轨相对于岔枕的纵向位移最小.     

桥上无缝道岔纵向力计算理论与试验研究

根据桥上无缝道岔受力和变形特点,建立道岔-桥梁-墩台一体化计算模型,并利用有限元法对模型求解。以浙赣线湄池1号大桥为例,分析桥上无缝道岔的受力与变形的特性,测试桥上无缝道岔的温度力和位移。试验结果表明,理论计算结果和实测数据相吻合。理论分析和实验研究表明:所建立的道岔-桥梁-墩台一体化模型用于计算桥上无缝道岔纵向力和位移是合理可行的;桥上无缝道岔与桥上无缝线路的受力和变形差别很大,在计算桥上无缝道岔时应考虑实际的钢轨温度变化幅度、道岔布置方式和岔、桥相对位置。在道岔布置密集的区域,如车站咽喉区,道岔间的相互影响较大,为准确计算道岔及桥梁的受力和位移,应建立包括所有道岔和桥梁的整体模型。     

无缝道岔受力与变形的影响因素分析

基于有限单元法,建立了无缝道岔纵向力与位移的计算模型,根据纵向力、线路阻力、钢轨及岔枕位移的相互关系建立平衡方程组,并采用牛顿迭代法求解。分析了轨温变化幅度、道岔号码、辙叉型式、辙跟型式、道岔群的联结方式、焊接型式、扣件阻力、道床阻力、限位器阻力、间隔铁阻力、线路爬行、铺设锁定轨温差、岔枕抗弯刚度等因素对无缝道岔受力及变形的影响。轨温变化幅度越大、线路爬行量越大、与相邻线路及道岔的铺设轨温差越大,对无缝道岔各部件的受力及变形越不利。而其它因素对无缝道岔位移及纵向力分布各有不同程度的影响,应综合分析,优化设计,才能确保无缝道岔各部件的受力及变形均在容许限度内。     

桥墩纵向水平刚度对桥上无缝道岔的影响

为了进一步研究桥上无缝道岔,通过计算,分析桥墩纵向水平刚度在连续梁桥上对钢轨、道岔、墩台等结构部件受力及变形的影响。本文采用ANSYS软件建立桥上无缝道岔的岔—桥—墩纵向相互作用一体化模型,并进行力学分析。研究结果是:随着连续梁桥桥墩刚度的增大,基本轨伸缩附加力减小,连续梁桥墩的纵向力增大;增大连续梁桥墩纵向水平刚度对铺设于其上的无缝道岔的受力与变形是有利的。     

无砟轨道连续梁桥与道岔纵向相互作用规律的研究

建立了无砟轨道线桥墩一体化计算模型,用数值模拟法,以一组60 kg/m钢轨客运专线18号可动心轨道岔布置在连续梁上为例,通过两种类型("门"形筋混凝土道床、带限凸台的道床板)无砟轨道桥上无缝道岔与有砟轨道桥上无缝道岔基本轨温度附加力、基本轨伸缩位移的比较,表明:无砟轨道桥上无缝道岔温度附加力分布规律、钢轨位移分布规律与有砟轨道桥上无缝道岔相似,"门"形筋及带限位凸台无砟轨道桥上无缝道岔因道床阻力大,尖轨及心轨相对道岔板的伸缩位移要小;对于带限位凸台的无砟轨道结构计算结果表明:单个凸台的支座刚度＞250 kN/mm时,凸台支座胶垫的压缩量＜1 mm.道岔板不同温度变化幅度的计算结果表明,随着道岔板日温差增大,基本轨温度附加力、伸缩位移、翼轨末端间隔铁受力、直尖轨尖端相对道岔位移、转辙器道岔板受力、辙叉道岔板受力均随之减小,而心轨尖端相对道岔板位移、导曲线道岔板受力、连续梁固定墩受力则随之增大.     

钢轨伸缩调节器对桥上无缝道岔的影响

采用有限元软件ANSYS,建立连续梁桥上有砟轨道无缝道岔的线-桥-墩一体化有限元模型,分析在不同工况下,设置钢轨伸缩调节器的无缝道岔受力和变形的分布规律。通过对不同工况下的基本轨纵向力、基本轨伸缩位移的计算结果进行对比分析,得出距岔前钢轨伸缩调节器60 m以上,基本上消除其对道岔纵向稳定性的影响;距岔后钢轨伸缩调节器45 m以上,其对道岔纵向稳定性的影响可控制在3 mm内;岔后设置钢轨伸缩调节器优于岔前设置等结论。     

多线预应力混凝土斜拉桥上无缝线路纵向受力与变形

为探讨大跨度斜拉桥上无缝线路纵向受力与变形规律,以一座多线预应力混凝土斜拉桥为例,采用有限元法建立了"塔-索-梁-轨"空间耦合有限元模型,分析了温度荷载、列车荷载以及制动荷载对桥上无缝线路纵向受力与变形的影响。结果表明:当桥塔温度变化时,钢轨伸缩力、钢轨纵向位移和桥梁的纵向位移均无明显变化,钢轨伸缩力最大幅值出现在连续梁两部,并在简支梁梁缝处出现峰值;在列车荷载作用下,各条线路的钢轨挠曲力和钢轨纵向位移随着距加载线路距离的增大而逐渐减小,钢轨挠曲力最大幅值出现在连续梁端部;在制动荷载作用下,钢轨制动力最大幅值出现在连续梁端部,并在加载的起点与终点出现峰值突变,加载的起点或终点与连续梁端部重合时为最不利位置。研究结果可为大跨度斜拉桥上无缝线路设计提供理论参考。     

地震作用对有砟轨道桥上无缝道岔纵向受力与变形影响分析

桥上无缝道岔是在高速铁路、艰险山区铁路上铺设跨区间无缝线路不可避免的技术难题,同时跨越震区时,道岔结构自身处于双层薄弱环节之中。根据地震作用下有砟轨道桥上无缝道岔梁轨相互作用原理,建立地震作用下岔-桥-墩动力非线性有限元模型,分析地震波频谱特性、地震动加速度峰值、岔区阻力、梁体温差等因素下的有砟轨道桥上无缝道岔地震作用响应规律。研究结果表明:无缝道岔约束作用较大提高了桥梁结构的低阶自振频率,而且改变了其振动形态;地震波频谱特性和加速度峰值大小对桥上无缝道岔响应影响显著,地震荷载波频越靠近结构主频,加速度峰值越大,桥上无缝道岔受力和变形越大;在钢轨温变较高,又同时考虑地震荷载效应时,钢轨强度和线路稳定性均得不到保障,建议对跨越震区的桥上无缝道岔设计时检算地震荷载与钢轨、梁体温变共同作用时的钢轨纵向力以及道岔联结件受力、关键位置相对位移等。     

客运专线桥上无缝道岔空间力学特性的研究

为解决哈大客运专线红嘴河特大桥桥上无缝道岔受力和变形问题,根据道岔、桥梁结构和布置形式,建立桥上无缝道岔空间耦合模型,从温度荷载、竖向荷载、钢轨横向变形等方面对其空间力学特性进行分析.结果表明:温度荷载下钢轨的伸缩附加力最大值位于梁体活动支座端,受固定支座端至活动支座端距离影响较大;尖轨、心轨尖端相对于基本轨、翼轨的位移较小,处于外锁闭机构允许的伸缩量范围之内;连续梁半联满布荷载时,钢轨纵向位移、挠曲附加力及桥梁竖向挠度最大;单线直向满布荷载时,桥梁横向挠度、扭转最大;温度荷载对钢轨横向变形的影响较小,减载率、脱轨系数变化不大.但由于客运专线标准高、道岔与桥梁结构复杂等因素,对钢轨横向变形的影响不容忽视,建议设计客运专线桥上无缝道岔时考虑其空间力学特性.     

长大连续坡道刚构桥上无缝线路力学特性研究

为了研究长大连续坡道上无缝线路的力学特性,以贵阳城市轨道交通1号线为例,建立包括钢轨-桥梁-桥墩的一体化计算模型,分析不同坡度、列车制动荷载和扣件间距条件下轨道结构力学特性的变化规律。计算分析结果表明:坡度和列车制动荷载的增大对钢轨的纵向受力、变形以及桥墩受力均不利,设计时应该合理控制线路的坡度;对于高架结构,随着扣件间距减小,梁轨相互作用增强,贵阳地铁1号线高架结构扣件间距建议值为0.625 m。     

桥上无缝交叉渡线纵横向耦合模型

在城市轨道交通建设中,由于地形条件和环保要求的限制,出现道岔(渡线)全部或部分设置在桥上的情况,既有的无缝道岔计算方法难以解决桥上无缝道岔(渡线)桥梁与相互作用的问题.为此,采用有限元方法,以60 kg/m钢轨、12号固定辙叉、4.0 m间距无碴轨道交叉渡线为例,建立桥上无缝交叉渡线纵横向耦合的计算模型,为建模计算提供一种新的思路和方法;结合工程实例,对桥上无缝交叉渡线的力学特性进行计算分析,并对今后桥上无缝交叉渡线的设计提出建议.     

超长重载列车纵向力影响规律仿真研究

建立超长重载列车纵向动力学仿真模型,并利用大秦线3万t重载组合列车长大下坡道制动试验数据对其进行验证;分析超长重载列车平直道制动工况时列车编组长度、机车无线同步控制延迟时间,以及长大下坡道常用全制动时坡度差、车钩间隙和ECP制动控制技术对纵向力的影响规律。结果表明:正常情况下,4万~12万t超长重载组合列车编组长度对平直道常用全制动和紧急制动时列车最大纵向压钩力影响较小,均未超过2250 kN的安全限值;超长重载列车在平直道紧急制动时,同步控制延迟时间超过5 s时列车最大纵向压钩力达到1200 kN,但仍未超过安全限值;长大下坡道中坡度差对超长重载列车最大纵向压钩力影响较大,在60 km·h-1速度进行常用全制动且纵向力不超安全限值2250 kN的条件下,4万t超长重载列车允许的长大下坡道最大坡度差为13‰,10万t仅为5‰;超长列车采用新型无间隙车钩和ECP制动技术对减少变坡区段常用全制动时的列车最大纵向压钩力不明显。     

温度荷载作用下大跨度桥梁与无砟道岔相互作用研究

将道岔、轨道板、梁体和墩台视为一个相互耦合的系统,建立了计算温度荷载作用下桥梁与无砟道岔相互作用的有限元力学模型。根据变分原理和形成矩阵的"对号入座"法则建立了模型求解的非线性方程组。研究了大跨度桥梁上铺设无砟道岔时,钢轨与墩台温度力与位移的规律。计算结果表明:无砟道岔铺设于大跨度桥梁上时,必须设置钢轨伸缩调节器;无砟道岔铺设于连续梁桥上并设置钢轨伸缩调节器时,岔区内钢轨位移增大;采用连续刚构桥,有利于减小岔区内钢轨位移。     

简支梁桥上无缝道岔温度力与位移影响因素分析

将道岔、梁和墩台视为一个系统,建立简支梁桥上无缝道岔的有限元模型。根据变分原理和“对号入座”法则建立有限元方程组。以铺设一组43号道岔的18跨32 m混凝土简支梁桥为例,研究影响简支梁桥上无缝道岔受力与位移的因素,如支座布置形式、轨温变化幅度、梁温差、扣件阻力、道床阻力、限位器间隙、岔枕刚度、限位器位置、梁跨长度和桥墩刚度等。计算结果表明,简支梁桥上无缝道岔在温度荷载作用下,钢轨温度力在限位器处和限位器前梁端处同时出现两个峰值;与桥上无缝线路相比,桥上无缝道岔桥墩处的最大受力显著增大;当梁与导轨同向伸缩时,岔区内钢轨位移较大;限位器应布置在梁跨中部;限位器间隙对桥上无缝道岔的受力与位移有双重影响;岔区内钢轨的受力与位移随桥墩刚度增大而减小;岔区内采用较大的扣件阻力和道床阻力,岔区外采用较小的扣件阻力和道床阻力,可以降低钢轨附加温度力。     

桥上有砟轨道无缝道岔非线性阻力及其影响分析

为了分析考虑阻力弹塑性变化的高速铁路桥上无缝道岔纵向力演变机理,使用试验与理论分析相结合的方法,全面考虑了道床纵向阻力的弹、塑性变化特征。进行扣件系统反复加卸载试验和有砟道床阻力测试,通过研究线路纵向阻力退化现象,分析其产生机理,并构建无缝道岔新型线路阻力本构模型。以高速铁路18号无缝道岔为例,在ANSYS中建立考虑边界效应的岔-桥-墩一体化模型,将试验所得参数与规范值进行仿真分析对比,深入分析考虑阻力弹塑性变化时对桥上无缝道岔受力及变形的影响。结果表明,当梁轨相对纵向位移较小时,使用规范规定的线路纵向阻力进行高速铁路桥上无缝道岔受力与变形分析,会使计算结果与实际相比普遍偏小。当出现阻力强化现象时,使用规范值进行无缝道岔的受力变形计算所得的结果偏于不安全。建议在实际工程中应尽量进行大量的试验分析,从而修正规范值。     

41号无缝道岔受力与变形的影响分析

采用有限元分析的方法,应用有限元通用软件ANSYS的APDL参数化建模技术,建立41号无缝道岔受力与变形的有限元力学模型.计算41号无缝道岔的受力与变形,分别就岔枕传力、限位器传力、辙跟间隔作用,及扣件纵向阻力对无砟轨道结构无缝道岔的位移的影响进行分析.研究结果对大号码无缝道岔的设计有一定的指导意义.     

客运专线无缝道岔心轨跟端传力结构研究

辙叉跟端间隔铁的设置一方面需满足纵向温度力传递的要求,另一方面也要保证心轨的线型在温度力作用下不发生改变,保证行车安全。根据双肢弹性可弯心轨辙叉的结构形式,建立有限元模型,研究心轨跟端传力结构不同时心轨在温度力作用下的变形。结果表明:在大号码无缝道岔中,应在心轨与翼轨以及两心轨间设置长大间隔铁;仅在心轨与翼轨间设置间隔铁时,心轨在纵向力作用下会产生较大的方向不平顺,通过在心轨与心轨间设置间隔铁,可以明显改善纵向力作用下的心轨方向不平顺;对于减小由于温度力引起的心轨间相互错动、心轨方向不平顺,设置长大间隔铁较设置多个小间隔铁更为有利,设计中应尽量采用长大间隔铁。     

简支梁桥上纵连板式轨道无缝道岔温度力研究

桥上纵连板式轨道借助底座板的纵连解决梁端转角对轨道结构的不利影响,通过设置滑动层来削弱梁轨相互作用,这种设计思想对桥上铺设无缝道岔具有积极的借鉴意义.基于梁轨相互作用原理和有限元方法,采用梁单元和弹簧单元模拟各结构层,建立桥上纵连板式轨道无缝道岔纵向力计算模型,对多跨简支梁桥进行温度力计算,分析轨道板和底座板伸缩刚度变化、滑动层摩擦系数的影响.