高速铁路桥隧过渡段钢轨温度和纵向变形试验

研究目的:为得到高速铁路过渡段处钢轨温度沿纵向分布规律以及钢轨纵向位移变化特征,以合福高铁某桥隧过渡段为研究对象,对钢轨温度和纵向变形进行连续监测,以期为过渡段处无缝线路的稳定性研究提供参考。研究结论:(1)隧道洞口20 m范围内将形成轨温过渡段,局部最大温度梯度可达6.9℃/m,远大于温度梯度按线性分布计算所得的1.55℃/m;(2)过渡段处钢轨随着日温差的变化,其纵向位移变化显著,最大日轨温差为34.9℃,最大日变化量为1.6 mm;(3)过渡段处钢轨纵向位移呈现由桥梁向着隧道方向线性累积增加的趋势,最大累积变形量为2 mm;通车后累积变形速率为0.016 9 mm/d,大于通车前的0.014 7 mm/d;(4)基于最小二乘法建立了轨温过渡段钢轨温度沿线分布模式,以及钢轨日温差与钢轨纵向位移日变化量预估模型,得出:拟合精度较高,回归模型可靠;(5)本研究结论可为高速铁路无砟轨道桥隧过渡段钢轨温度力和纵向爬行提供研究基础。     

京沪高速铁路黄河大桥有砟—无砟过渡段动力性能研究

高速铁路的建设经常会遇到不同轨下基础的过渡段,过渡段由于强度、刚度、沉降等差异的存在必然会引起轨道的变形,产生不平顺。对动车组300~350 km/h运行条件下京沪高速铁路济南黄河大桥有砟—无砟过渡段进行仿真分析,结合动态测试,评估分析列车运行的安全性、轨道稳定性、动态平顺性,重点研究了桥上有砟与无砟轨道过渡轨道刚度的匹配。分析结果表明,桥上有砟轨道及过渡段轨道结构设计合理,可以满足高速铁路列车运行安全和舒适的要求。     

基于能量法的高速铁路无砟轨道钢轨碎弯研究

研究目的:在温度力作用下高速铁路无砟轨道钢轨产生碎弯变形,严重影响行车平稳性、舒适性和安全性。本文将扣件分别假定为连续弹性介质和等间距弹性支座,建立无砟轨道钢轨碎弯分析模型,采用能量法推导相关计算公式,研究扣件刚度与钢轨碎弯波形的关系、碎弯临界温度力、扣件刚度视为连续弹性介质的精度以及为最大限度提高长钢轨稳定性的扣件极限刚度等问题。研究结论:(1)随着钢轨碎弯波长的增加,其临界温度力基本不变,差值不超过1%,但碎弯半波数有了很大的增加,这从理论上解释了碎弯变化的过程,并且有碎弯的长钢轨始终处于不稳定平衡状态;(2)钢轨碎弯存在最不利半波数,并对应最低载荷,主波总波长取10倍扣件间距时,得到主波最不利半波数为5,最低临界温度力为1. 021 5×10~7N;(3)随着扣件刚度的增加,碎弯半波数有所增加,临界温度也升高;随着扣件间距的增加,碎弯半波数也增加,基础模量减小;(4)通过对比分析扣件假定为连续弹性介质和等间距弹性支座计算钢轨碎弯临界温度力,得出当每个半波内有不少于3个扣件时,扣件假定为连续弹性介质能够满足工程精度要求,并且随着半波中扣件数量的增加或者总波长的增加,两者数值更加接近;(5)当半波变形波长为支座间距时钢轨碎弯临界温度力可得最大值,并且随着主波扣件跨数的增加,扣件极限刚度收敛于确定值1. 010 2×10~6N/cm;(6)本研究成果可为高速铁路无砟轨道钢轨碎弯提供理论参考,并可为高速铁路扣件参数的检算及合理性提供计算依据。     

无砟轨道钢轨碎弯成因分析

对无砟轨道无缝线路钢轨碎弯成因进行了分析,认为钢轨纵向温度力、线路横向阻力和钢轨初始弯曲是影响轨条臌曲的主要因素.应用有限单元法建立了包括道床、扣件的钢轨碎弯分析模型,讨论了初始曲线线型及参数、升温幅度、轨道类型和线路阻力等对轨条碎弯幅值的影响.计算表明碎弯是无砟轨道无缝线路胀轨的表现,应严格控制初始弯曲和保证扣件横向阻力稳定,防止形成严重的轨条碎弯,影响行车安全.     

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。     

高速铁路无砟轨道桥梁基础变形对行车的影响

研究目的:针对高速铁路无砟轨道桥梁基础(桥墩)变形引起桥上轨道附加不平顺,进而对列车运行产生影响的问题,本文以单元板式无砟轨道系统为对象,分别建立轨道-桥梁上部结构-支座-桥墩数值仿真子模型,以及车辆-轨道耦合动力作用子模型,计算并分析桥墩不同变形模式和量值对高速铁路行车的影响。研究结论:(1)桥墩变形对行车的影响与列车速度有关,列车速度越高,其影响越大;(2)桥墩横向变形对行车的影响大于桥墩沉降所产生的影响,桥墩同时发生沉降和横向变形情况下,行车安全性主要受横向变形的影响;(3)桥梁跨径减小,各行车评价指标增大,尤其当桥墩横向变形大于10 mm的情况下;(4)对于32 m标准跨径桥梁,桥墩沉降不超过20 mm,行车安全性和舒适性指标均未超过限值,但是当桥墩横向变形达到15 mm时,列车高速运行下行车安全性指标已超过限值;(5)该研究结论对高速铁路桥梁基础变形的管理与控制具有一定的指导意义。     

基于CRTSⅠ型板式无砟轨道温度变形的桥隧过渡段车线动力性能分析

以CRTSⅠ型板式无砟轨道桥隧过渡段为研究对象,对桥梁、板式无砟轨道施加节点温度荷载进行温度场模拟,分析其在整体温度升降和温度梯度共同作用下的温度变形。分别选取我国2条典型高速铁路实测轨道不平顺为随机不平顺,桥梁和轨道板因温度变形而产生的钢轨竖向变形作为附加轨道不平顺,评价列车以不同速度经过桥隧过渡段的车线动力性能。研究表明:当考虑桥梁活动支座存在一定程度的摩擦时,在正温差作用下,桥梁会发生上拱,轨道板会发生板中翘曲;负温差作用下,桥梁会发生下挠,而轨道板会发生四角上翘;在翘曲变形路段,列车动力学指标都有所增大,且随着车速的提高而增大,导致行车安全性和乘坐舒适性相应降低。     

大西客专不同轨下基础及其过渡段轨道结构动力性能试验研究

高速铁路建设经常会遇到不同轨下基础及其连接处的过渡段,由于强度、刚度、沉降等差异的存在必然会引起过渡段轨道的变形,产生不平顺[1]。通过在大西客专路桥过渡段、桥上无砟轨道、桥隧过渡段、隧道内无砟轨道布置测点,测试了动车组在160~275 km/h运行条件下轨道结构动力响应,评估了列车运行平稳性、轨道结构稳定性和振动特性。测试结果表明:列车运行稳定性指标、轨道结构稳定性和振动参数均满足相关标准要求,轨道结构动力性能参数在桥上和隧道内与路桥过渡段、桥隧过渡段差别不大,过渡段设置合理。     

客运专线无砟轨道无缝线路锁定轨温确定方法的探讨

根据客运专线无砟轨道无缝线路的结构和受力特点,采用现场试验、调研和动力仿真等方法对既有无砟轨道无缝线路锁定轨温的影响因素进行系统分析。研究结果表明:锁定轨温降低后,无缝线路温升幅度增大,温降幅度减小,将导致无缝线路施工和维护困难、钢轨发生碎弯几率增大等问题,影响高速列车运行的平稳性和安全性;在确定客运专线无砟轨道无缝线路锁定轨温时,除了要对无缝线路的强度、稳定性等进行常规检算外,还应结合车辆-轨道耦合动力学理论进行升温条件下钢轨碎弯变形的检算,从而确定合理的锁定轨温范围。为此建议对无砟轨道无缝线路碎弯变形的产生机理、不利影响及钢轨的合理断缝允许值进行静、动力学理论分析和试验研究。     

关于高速铁路扣件间距的探讨

为探讨高速铁路扣件间距的合理取值,从钢轨动弯应力、轨道刚度、钢轨位移及轨道动力学等方面对扣件间距的取值进行计算分析,结果表明,当扣件间距从600 mm扩大到1 200 mm时,对轨道状态及列车运行的舒适性影响较小。同时应用"二次弯沉"和"钢轨挠度增量"的概念对扣件间距取值进行探讨,提出高速铁路的扣件间距一般不宜超过687 mm的取值建议。     

日温下高铁桥墩位移与钢轨变形的映射关系

研究目的:日照温度作用下,桥梁墩身向阳和背阳侧产生温差,从而导致墩顶发生横向位移,进而引起梁体、轨道横向偏移,最终使桥上钢轨产生横向不平顺。为指导桥墩设计和轨道养护维修,本文以高速铁路双块式无砟轨道-简支梁桥为研究对象,采用单位载荷法,分析墩顶横向位移与温差、墩高、墩宽的关系;基于线-桥-墩相互作用原理,推导墩顶横向位移与钢轨变形的映射关系,并提出相应的解析表达式。研究结论:(1)日照温度作用下桥墩墩顶位移与截面方向温差和墩身高度平方成正比,与其截面横向宽度成反比;(2)钢轨随桥墩墩顶横向移动产生的变形与其横向位移成正比,并与扣件间距、钢轨横向抗弯刚度等参数有关;(3)基于墩顶横向位移和钢轨变形之间映射关系的解析表达式,可以根据墩高、墩宽、桥墩温度差等参数,十分方便地得到钢轨横向变形曲线,对于指导桥墩设计和轨道养护维修具有参考价值;(4)本研究成果对于研究桥上其他单元式无砟轨道桥墩横向位移与钢轨变形的映射关系具有参考价值。     

无砟轨道路基面支承刚度理论计算及应用

将无砟轨道路基结构简化成双层弹性体系,基于层状弹性体系力学理论,给出无砟轨道路基面支承刚度的计算方法。应用该方法进行遂渝线无砟轨道试验段路基面刚度计算,并与现场加载试验测试结果进行比较,两者吻合较好,验证了该方法的可行性。以桥梁路基过渡段为例,将此计算方法应用于无砟轨道典型过渡段的动力性能评估中,进行动力计算。结果表明,该桥梁路基过渡段的钢轨挠度变化率小于0.3 mm.m-1的限值,满足行车要求。运用该计算方法对无砟轨道基床表层及底层变形模量Ev2的合理取值进行研究,结果表明:改变基床表层变形模量对路基面支承刚度影响不大,而改变基床底层变形模量对路基面支承刚度的影响明显;将变形模量Ev2作为压实标准时,对于基床表层和底层,Ev2可分别取为120～260和80～140 MPa。     

路桥过渡段基床填料膨胀诱发无砟轨道上拱规律研究

无砟轨道路基膨胀诱发钢轨上拱是高铁建设运营面临的常见病害之一,路桥过渡段是路基膨胀病害的高发路段,为研究高铁路桥过渡段路基膨胀后钢轨上拱分布及路基结构变形规律。以一处典型过渡段路基膨胀工点为例,通过现场监测和室内试验判别轨道上拱情况及路基膨胀层位,并通过数值模拟计算研究路基基床膨胀对过渡段路基结构的影响规律。研究结果表明:水流下渗与基床填料中的蒙脱石作用是导致填料发生膨胀的主要诱因;桥梁对路基膨胀引起的钢轨上拱具有明显的阻隔效应,临近桥台侧钢轨上拱变化范围明显小于远离桥台侧;路桥过渡段基床填料膨胀率为0.08%时,钢轨上拱量达到无砟轨道钢轨上拱可调节临界值4 mm;临近桥台侧钢轨轴向应力峰值远大于远离桥台侧。     

客运专线道岔前后轨道刚度过渡段动力学研究

客运专线有砟轨道及无砟轨道道岔区的轨道刚度约是区间线路的2~3倍,差别较大,均需要通过设置轨道刚度过渡段来减轻轮轨动力作用,改善行车的平稳性。从保证行车安全性和舒适性、降低对轨下基础动力冲击作用的角度,提出轨道刚度过渡段动力性能的评价指标以及过渡段合理长度的确定方法,既要满足钢轨挠度变化率小于0.3 mm.m-1的要求,还应满足轮轨垂向力衰减距离以及车体加速度衰减时间的要求。应用车辆-轨道耦合动力学模型与理论,进行客运专线道岔前后轨道不同刚度过渡段方案的动力学分析。结果表明:客运专线道岔前后轨道刚度过渡段可采用轨道刚度分级过渡的方法,每一级刚度取15个轨枕间距,并依据实际线路轨道刚度差的大小在3~6级中完成过渡。     

温度力作用下单元板式无砟轨道钢轨横向变形研究

为了研究无砟轨道钢轨横向稳定性,以曲线上单元板式无砟轨道无缝线路为对象,建立包括钢轨、扣件、轨道板和限位部件的无砟轨道钢轨横向变形计算模型,结合不同轨道板长度分析钢轨在温度力作用下的横向变形特性,讨论不同、限位部件弹性和初始弯曲半波长对钢轨横向变形幅值和扣件横向抗力的影响。计算表明,巨大温度力可导致钢轨沿线路纵向产生以轨道板为波长的周期横向不平顺,在小半径曲线地段,应采用刚度较大且塑性变形小的弹性限位垫层材料,重视半波长过小的初始弯曲的治理,并加强对钢轨横向位移和板端扣件使用状态的监测。     

梁轨相互作用对过渡段道床板翘曲的影响

研究目的:为了明确梁轨纵向相互力学行为对无砟轨道路桥过渡段道床板翘曲的影响,建立路桥过渡段处双块式无砟轨道桥上无缝线路及道床板力学计算模型,研究桥梁及轨道结构约束作用、钢轨伸缩力、道床板温度梯度等对道床板翘曲变形的影响。研究结论:(1)考虑桥梁及轨道结构的约束作用时,道床板上拱量相对增大约28%,达到2.5 mm;考虑桥上无缝线路纵向附加力时,桥台附近的钢轨伸缩变形会降低道床板的上拱量约44%,降为1.4 mm,且随着钢轨伸缩力的增大,降低值越大;(2)正温度梯度作用下,道床板上拱量有所增加,增大约43%,达到2.1 mm,而负温度梯度作用下道床板上拱量有所减小,减小约14%;(3)桥梁升温幅度越大,道床板上拱量越小,且随着温度幅度的增加,降低趋势变缓;(4)对于大跨度桥梁梁缝处铺设伸缩调节器时,道床板上拱量较主桥铺设小阻力扣件工况增大约1.2倍,增大到7.8 mm;(5)该研究结论对无砟轨道路桥过渡段设计优化理论和工程实践具有一定指导意义。     

土路基-刚性基础板式轨道过渡段动力特性分析

研究目的：目前，我国拟在高速铁路的土路基上铺设无砟轨道，由于高速铁路的轨道要求有更高的平顺性和舒适性，因此本文从车辆-轨道耦合大系统的角度出发，探讨土路基与刚性基础的过渡区段的动力特性，以期为过渡段的设计和施工提供理论支持和参考依据。 研究方法：基于车辆-轨道耦合动力学理论，建立了土路基-刚性基础过渡段模型，编制了动力学仿真计算程序，对过渡段的动力特性进行了仿真计算分析。 研究结论：在土路基-刚性基础过渡区段，轨道基础刚度差产生动力作用不是很大，但钢轨挠度变化显著；差异沉降对轮轨系统的动力作用十分剧烈，考虑30mm／10m的差异沉降，车体加速度达到1．0m／s。时，接近舒适度管理目标值0．13g；随着速度的提高，动力作用加剧，当运行速度从250km／h提高到350km／h时，最大轮轨垂向作用力从92kN提高到104kN，而最大车体加速度从1．0m／s^2提高到1．4m／s^2，此时已经超过了安全限值；过渡段的设置长度宜以车体加速度为主，最大差异沉降为30mm的过渡区段，过渡段的长度可以设置在25—30m之间。     

高速客运专线铁路铺设无砟轨道过渡段结构设计

对无砟轨道的刚度进行计算分析,提出轨道过渡段的合理刚度设置标准为钢轨挠度变化率应控制在0.3 mm/m以下,同时轨面变形折角的限值应控制在1.5‰。对设置辅助轨过渡方式进行计算分析,通过计算得出基本轨内侧设置2根60kg/m钢轨较设置2根50 kg/m钢轨更为合理。对设置辅助轨过渡方式进行设计方案系统阐述,介绍粘结道砟、调整扣件刚度、采用合成轨枕等过渡方式。     

32m高速铁路简支梁桥铺轨后残余徐变上拱限值研究

运用Midas软件分别建立简支梁桥-CRTSⅡ型板式无砟轨道空间耦合静力学模型和车-线-桥耦合动力学模型,进行32m高速铁路简支梁桥铺轨后残余徐变上拱限值研究。结果表明:桥梁残余徐变变形是影响32m波长周期性高低不平顺的主要因素;随着桥梁残余徐变幅值增加,长钢轨的附加不平顺呈线性增大,桥梁残余变形幅值为10mm时,钢轨的上拱变形量可达9.8mm;行车速度为380km·h^-1、桥梁残余徐变上拱幅值由3mm增加至10mm时,车体的垂向加速度峰值由0.275m·s^-2增加至1.159m·s^-2,旅客乘坐舒适度指标由1.549逐渐增加至3.105;当桥梁残余徐变幅值为8.0mm,在280~380km·h-1车速范围内,旅客乘坐舒适度指标达到3.108,桥梁梁端振动加速度达到5.217m·s^-2,已超出规范限值,因此建议高速铁路32m简支梁桥铺轨后其残余徐变上拱限值按7.0mm控制,为避免残余徐变限值的改变对桥梁设计方案产生显著影响,可通过适当延后铺轨时间保证桥梁残余徐变变形满足限值要求。     

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。