地震作用下车辆-轨道-桥梁系统振动台台阵试验与列车预警速度阈值研究

针对地震作用下高速铁路桥上行车的安全性问题,设计完成车辆-轨道-桥梁大型振动台台阵缩尺模型试验,制作了1∶10车辆、轨道及桥梁结构的模型,根据缩尺模型相似定理研究了不同地震强度下列车脱轨问题,并利用数值仿真方法建立了CRH380BL高速列车-轨道-桥梁空间耦合动力学模型,通过对比分析试验结果与数值仿真分析结果,验证了数值分析模型的可靠性。在此基础上,以行车安全性及舒适度指标作为评判标准,利用上述仿真分析模型计算得到了不同地震强度等级下各项评价指标所对应的列车运行速度临界值,并探讨了现行规范中的地震预警阈值选取问题。研究结果表明:对于静止状态下的车体模型,在地震动峰值加速度为0.25g的ALS地震波作用下,车体将会发生脱轨。随着输入地震动峰值加速度的增大,舒适度指标最先超出限值,车辆的行车安全性指标次之,脱轨系数和舒适度指标控制的速度阈值逐渐减小,轮重减载率和横向轮轨力控制的速度阈值基本不变,舒适度指标对地震激励最为敏感,脱轨系数次之,轮重减载率和横向轮轨力最不敏感。在输入地震波的峰值加速度≤50gal时,车辆运行速度临界值取决于列车舒适度指标,速度阈值为160km/h;当输入地震波的峰值加速度达到60gal时,速度阈值降为140km/h;当输入地震波的峰值加速度达到80gal时,速度阈值降至140km/h以下,出于安全考虑建议此时采取紧急停车措施。     

时速160 km城市轨道交通内置式泵房板式道床动力特性分析

北京轨道交通新机场线在部分区间隧道的最低点设置了内置式泵房板式道床。为了保证时速160 km市域列车在动荷载作用下轨道结构的安全性和可靠性,建立了车辆-轨道-隧道三维耦合动力分析模型,计算分析100~220 km/h共7种行车速度下内置式泵房板式道床的动力特性。提取道床振动评价指标(垂向位移、垂向加速度)、道床强度评价指标(纵横向拉应力)、行车平稳性评价指标(车体垂向、横向加速度)和行车安全性评价指标(轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率)与规范允许值进行对比。计算结果表明,各动力学评价指标均随行车速度的增大而增加,各动力学评价指标均在规范允许值之内,并且有较大的安全余量。     

城市轨道交通高架预制板整体道床设计及动力特性研究

为研究适用于时速160 km线路高架段的轨道结构,基于设计最高速度为160 km/h的北京新机场线,提出了一种具有新型限位结构的装配式双向先张预应力轨道板整体道床结构。为降低桥梁二期恒载,取消了传统预制板结构中的底座,并对该新型轨道结构进行动力学特性分析;建立了车辆-预制板式轨道-高架桥空间耦合动力学模型,对高架预制板整体道床的行车安全性与运行平稳性进行评定。研究表明,各组成部分(钢轨、预制板、自密实层等)的应力、加速度、位移值,以及脱轨系数、轮重减载率、车体加速度等动力特性评价指标均满足规范限值,并且安全余量较大。该高架预制板整体道床安全可靠,可适用于时速160 km的轨道交通线路。     

提速情况下磁浮轨道结构振动响应及传递特性研究

中低速磁浮交通提速是目前研究趋势，但速度的提升会影响车辆运行稳定性。为探究提速后轨道的动力响应及其适应性，通过建立中低速磁浮车-轨-桥耦合动力学模型，对更高速度下轨道的振动响应进行仿真分析，并以长沙磁浮快线为对象，测试100～140 km/h速度区间内轨道的振动加速度及振动位移。研究结果表明：轨道各结构的振动响应存在差别，沿着F轨-轨枕-轨道梁逐渐减弱，车辆对轨道的垂向冲击大多被F轨的振动及弹性变形吸收，而横向冲击则更多地传递至下方的轨枕和轨道梁；随着车辆运行速度的提高，轨道的振动加速度响应逐渐加剧，轨道梁横向振动加速度较之垂向振动加速度增加更为明显，而轨道的振动位移响应则基本未表现出与速度的相关性；当车辆的运行速度提升至140 km/h后，轨道梁的垂、横向最大振动加速度分别为2.37 m/s²和0.96 m/s²,速度提升至160 km/h时，轨道梁的垂向最大振动位移为3.55 mm, F轨内外磁极面最大高度差为0.44 mm,均在规定的限值范围内，轨道的振动响应满足要求。     

客货共线铁路双块式无砟轨道动力响应测试分析

京包线集宁至包头段增建第二双线八苏木隧道,轨道结构采用了CRTSⅠ型双块式无砟轨道,通过在隧道内和隧道端口处有砟轨道和无砟轨道过渡段布置测点,测试了客车最高速度为160 km/h和25 t轴重货物列车最高速度100 km/h条件下轨道结构动力响应。测试结果表明,列车运行稳定性指标、轨道结构稳定性和轨道结构振动参数均在规定限值内,轨道结构动力性能能够同时满足重载货物列车及客车运行要求。     

基于乘车舒适性的高速铁路轨道高低不平顺谱限值估计方法

应用车辆-轨道耦合动力学理论和平稳随机过程理论,借助车辆-轨道垂向耦合频域分析模型,以轨道高低不平顺谱为输入激励,提出基于车辆垂向舒适性指标(车体加速度和 Sperling 指标)估计高低不平顺谱限值的方法。以我国武广客运专线及德国低干扰轨道高低不平顺谱为例,对350 km/h行车速度时的谱限值进行了估计。通过对比时域、频域模型计算结果,对所估计谱限值进行了校核,校核分析结果表明,频域模型计算结果与时域结果吻合较好,说明了所估计谱限值的合理性。分析方法及研究结果可为高速铁路轨道不平顺管理提供参考。     

横风作用下高速列车安全运行速度限值的研究

横风作用下的列车安全运行速度限值应通过列车气动特性和车辆轨道动力学特性的分析得到。以我国CRH3型高速列车实车为原型,考虑真实受电弓、转向架等列车的细部特征,假定列车在平地上行驶,对列车速度分别为200、250、300、350和380km/h,横风速度分别为10、15、20、25和30m/s,风向角为90°的25个工况进行气动特性的数值模拟,并采用国内实测轨道谱和德国轨道谱分别对这25个工况的车辆轨道动力学性能进行仿真计算和对比分析。结合国家标准和技术规范,给出CRH3型列车在平地上运行时,横风风速与列车最大安全运行速度之间的对应关系,为横风作用下的列车运行安全控制提供参考。     

400 km/h高速铁路典型路基段风致行车安全研究

以某设计速度400 km/h的高速铁路4种典型路基段结构为研究对象,采用风车路耦合动力分析方法,运用ANSYS和多体动力学软件SIMPACK分别建立路基和列车模型,分析CRH380动车组在环境风速20～40m/s区间工况,以速度400 km/h通过时车辆的动力响应。根据评价准则提出风致行车安全控制指标。结果表明：车体横向加速度反映列车横风稳定性,可以作为风致行车安全的控制指标;脱轨系数随着风速增大而增大,在风速不超过40 m/s条件下,均未达到上限值0.8;4#路基段可以承受的环境风速最大,风致行车安全的效果最好;背风侧的车辆响应指标均明显好于迎风侧,对于横风影响下的动力仿真分析,应将迎风侧作为主要研究对象。     

120km/h交流传动货运电力机车动力学性能仿真分析及评估

运用机车车辆—轨道耦合动力学理论及其动力学仿真软件TTISIM ,仿真计算了 12 0km/h交流传动货运电力机车在弹性轨道结构上的整车动力学性能 ,并根据铁道机车车辆动力学性能评定标准和规范对该机车动力学性能作了全面、综合评估。研究结果表明该机车非线性临界速度较高 ,具有较大的稳定性裕度 ;动态曲线通过时的安全性指标能够满足安全行车要求 ;在直线轨道上运行时车体平稳性指标属于优良等级 ;以 5 0km/h侧向通过 12号固定辙叉道岔时的安全性指标均在合格限值范围之内     

轴箱内置式转向架高速线路适应性评估

基于轴箱内置式转向架实测参数及边界条件,建立动车组拖车动力学仿真模型。研究新车轮型面、大锥度车轮型面与60D、60N及其正负偏差钢轨型面匹配并高速通过实测线路时,车辆运行稳定性及平稳性;研究轴箱内置式转向架高速通过不同曲线线路,以及正、侧向通过18#道岔时的车辆运行安全性,并评估轴箱内置式转向架对高速线路适应性。结果表明：轴箱内置式转向架动车组以300～450 km/h运行速度通过直线线路时,脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力、构架横向加速度等稳定性指标,随运行速度提升呈增大趋势,但均未超出相应标准限值,车辆平稳性指标属于优级;当动车组以不同运行速度通过不同半径曲线时,稳定性指标未超出相应标准限值,车辆平稳性指标属于优级,且轮对冲角很小;动车组以450 km/h运行速度正向通过18#道岔、以90 km/h运行速度侧向通过18#道岔时,稳定性指标未超出相应标准限值;动车组通过实测三级轨道水平不平顺时,稳定性指标未超出相应标准限值,车辆的垂、横向平稳性指标属于优级。因此,轴箱内置式转向架动车组在400 km/h运行速度范围内,能够适应京沪高铁线路运行。     

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。     

时速160 km城市轨道交通预制板整体道床设计与施工

北京新机场线是我国首条设计时速为160 km的城市轨道交通线,其运行速度远高于一般城市轨道交通线路。因此,需对其道床结构进行重新设计。在高速铁路CRTSⅢ型板式轨道的基础上,结合新机场线的线形特征、环境特点和施工技术,提出在正线中有较大沉降危险性的区域采用普通型预制板整体道床,在地下线中部分有减振要求的地段采用减振垫浮置板道床(预制板式)的设计方案,并对新机场线几种预制板整体道床设计方案、结构组成进行了阐述,对其施工流程和施工工艺进行了详细介绍。     

北京轨道交通新机场线轨道系统设计综述

北京轨道交通新机场线一期工程设计速度为160 km/h,突破了既有城市轨道交通规范规定的速度范畴,既有的轨道系统结构形式已无法满足本工程高速行车的需求。同时,本工程还存在通过地段人工地物复杂多样、人员疏散性要求高、建设工期紧张等问题,给轨道系统设计带来了诸多挑战。在没有设计先例、没有规范遵循的情况下,采用"城际"标准与"地铁"标准相结合的设计思路与方法,设计了适用于不同地段的轨道系统结构形式,提出了基于轨面平顺性控制的成套技术方案。北京新机场线的成功开通运营表明,采用"城际+地铁"相结合的方法可解决更高速度下城市轨道交通轨道系统结构的高稳定性、高平顺性等设计问题。该设计思路与方法可为今后城市轨道交通类似线路提供设计范例,同时也为市域快线及市郊铁路轨道系统设计提供了新思路。     

市域铁路大跨度桥无砟轨道 竖向变形控制

为解决在市域铁路大跨度桥梁铺设无砟轨道的难题,以温州市域铁路 S3 线永宁大桥(140+200+260+140) m 为例,提出了市域铁路大跨度桥梁铺设无砟轨道竖向变形控制标准,建立了车-轨-桥耦合系统动力仿真模型, 并开展多种工况下桥梁、轨道动力响应分析。结果表明：桥梁挠跨比、竖向变形曲率半径、梁端转角、轨面平顺 性等指标均满足铺设无砟轨道技术要求;列车按设计速度通过永宁大桥时行车安全性和舒适性指标均满足要求; 对温度荷载作用下桥梁温度变形曲线进行评估,10 m 弦轨道高低不平顺满足规范要求。研究成果可为市域铁路大 跨度桥梁铺设无砟轨道提供参考。     

城际铁路无砟轨道简支T梁设计研究

随着我国城市圈建设步伐的加快,城际铁路的建设日益加快,国家铁路局于2015年颁布了城际铁路设计规范,其标准简支梁设计研究也正开展。在此背景下,基于更好体现城际铁路建设经济性要求、充分利用T梁造价低与施工便捷等优点的目的,在借鉴珠三角、武汉城市圈城际等项目实践经验的基础上,研究时速200 km无砟轨道简支T梁的构造,并通过采用杆系有限元分析方法建立相应计算模型,对其强度、刚度进行验算,同时采用实体有限元模型进行验证。分析结果表明,无砟轨道简支T梁可以满足强度、刚度等相关规范要求,且能有效降低工程造价,可在城际铁路建设中推广。     

高速铁路斜拉桥CRTSⅢ型无砟轨道施工技术研究

目前高速铁路桥梁铺设无砟轨道最大跨径为180 m,最高时速为250 km。新建昌赣高速铁路赣江特大桥设计时速350 km,主跨为300 m斜拉桥,如此高时速、大跨度柔性桥上铺设CRTSⅢ型板式无砟轨道,在国内外尚属首次,没有成功案列和施工经验。本文针对跨径300 m主跨斜拉桥上铺设无砟轨道开展研究,建立了实时修正模型,分析总结了CPⅡ、CPⅢ点的布设及测量边界条件以及风速、日照和温度等环境的影响,为高速铁路斜拉桥CRTSⅢ型无砟轨道施工提供技术参考。     

高速铁路板式无砟轨道-路基结构动力特性研究

针对列车走行的实际情况,将板式无砟轨道-路基作为参振子结构纳入车辆计算模型,建立包含车辆、钢轨、板式轨道和路基为一体的二系垂向耦合动力分析模型,分析列车速度对车辆运行品质、系统动位移以及动应力的影响。结果表明:车体加速度、动轮载和轮重减载率均随车速的提高而增大,呈线性分布,当列车高速通过无砟轨道-路基结构时,列车运行的安全性和舒适度指标都能满足要求;系统动位移受速度影响较小;轨道板易发生疲劳破坏,需采用双层、双向配筋;路基面动应力随速度的提高而增大,但数值比有砟轨道的小;路基动应力沿路基深度方向衰减较慢,在基床表面下3 m处,动应力只有基面的25%左右;无砟轨道的基床加速度远小于有砟轨道的加速度值,表明无砟轨道结构可以有效地改善列车荷载对路基基床的振动作用。     

Influence of fastener stiffness mutation in ballastless track on dynamic characteristics of high-speed trainsEI北大核心

Research purposes: The elasticity for the ballastless track structure is mainly provided by the fastening system. During the construction and maintenance of ballastless track on high-speed railway, the incorrect installation and the unreasonable transition between the old and new rail-pads may occur to the fasteners, which will cause a stiffness mutation for the fasteners. Even though this problem can hardly be found under the static condition, it can have a great effect on the stability and safety for the high-speed vehicle operation. Here different conditions for the fastener stiffness mutation are considered, according to the actually measured data. And the influence of fastener stiffness mutation on the dynamic performance of high-speed vehicle and track is calculated and analyzed by using the vertically coupled vehicle-ballastless track-subgrade vibration spatial model and the finite element software ANSYS/LS-DYNA. Research conclusions: The calculation and analysis results show that: (1) When there is a local mutation for the stiffness of fasteners, the maximum and minimum of vehicle acceleration basically keep the same. That is to say, the fastener stiffness mutation has few influence on the stability of vehicle operation. (2) The fastener stiffness mutation has much obvious effect on the wheel load reduction rate, which is related to the safety of vehicle operation. Further, when the train speed is larger than 300 km/h, the fastener stiffness mutation will directly cause the wheel load reduction rate to exceed the standard. (3) This research results can be used to provide a theoretical basis for monitoring the fastener stiffness in construction or repairing and establishing the strict control standards in high-speed railway.     

线路条件对高速列车横向动态偏移量的影响

为研究不同线路条件对车辆横向动态偏移量的影响,从而为高速铁路限界的拟定提供理论依据,利用SIMPACK软件建立车辆一线路耦合模型,研究轨道不平顺、曲线超高对车辆最大横向动态偏移量的影响。结果表明：轨道不平顺会增大车辆的横向动态偏移量,在直线线路上车辆横向动态偏移量随列车速度的增大而增大;当列车速度为350km／h时,动态偏移量增大到22．7mm;在曲线半径为300m的线路上,轨道不平顺使动态偏移量分剐增大了10．1mm;对于相同的小半径曲线线路,列车通过速度越大,车辆横向动态偏移量越小,但会加剧欠超高。列车通过速度过低,车辆存在倾覆的危险;建议确定车辆动态限界时应考虑轨道不平顺、曲线线路超高以及列车通过速度的影响。