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。     

高速铁路路涵过渡段上拱原因及框架涵边墙开裂受力研究

针对某高速铁路路涵过渡段发生上拱变形，导致框架涵边墙发生水平开裂病害，从过渡段填料特性、工程环境条件和过渡段填料发生膨胀变形的机理入手，研究过渡段膨胀力分布模式和作用机理。通过对第二类膨胀力作用模式的计算分析，得到涵洞边墙实际承受膨胀力的理论解，并建立路涵过渡段上拱量的计算模型。分析表明：边墙的承载能力不能满足涵背填土压力与填料产生膨胀力共同作用的受力环境，指出框架涵边墙结构按照偏心受压杆件计算的设计缺陷，提出应按照受弯杆件计算的设计建议，同时对其结构断面参数进行优化。     

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。     

桥墩横向变位和基础刚度变化对高速铁路行车安全性的影响

以高速铁路32 m多跨简支箱梁为研究对象,采用车桥耦合动力求解方法分析了桥墩横向变位和基础刚度变化对行车安全性的影响。结果表明,墩顶横向变位的安全限值为40 mm,桥墩单独发生变位对行车安全性的影响小于多墩横向变位。跨中横向振幅和墩顶横向振幅随车速的变化具有一定随机性,采用限制车速的方法可有效提高列车运行安全性。桥梁运营安全性指标相较于列车运行安全性指标更加敏感,高速铁路桥梁刚度储备较大,桥墩、梁体、支座等其他构件会减小局部损伤对行车安全性的影响,在日常检查中需重点关注基础局部较大病害。     

高速铁路过渡段动态响应试验与仿真对比分析

研究目的:目前,国内外在高速车辆-轨道-路基耦合动力学理论及应用方面的研究大多侧重于轮轨关系。同时,各国铁路部门对路桥(涵)等过渡段型式进行了施工工艺、行车效果的现场实测和研究,取得了许多重要的研究成果。然而,对于无砟轨道各种过渡段路基的动态响应,目前的研究还很少。本文结合武广客运专线过渡段试验工点现场实测数据,考虑车辆、轨道和路基结构的特点和主要影响因素,建立一个可靠的车辆-轨道-路基空间耦合模型,以便进行高速铁路过渡没动态响应研究。研究结论:(1)有限元模型仿真计算结果与试验实测数据对比分析得到桥路过渡段结构的动态响应曲线变化趋势一致性很好;(2)高速铁路过渡段长度设置宜控制在40 m左右,可有效减小甚至消除过渡段结构层的动态响应,可以保证列车高速行车的安全性和舒适性;(3)桥路过渡段不同结构层的动应力、振动加速度、动位移等动态响应特征明显不同,主要表现为峰值大小、峰值出现位置有所差异,设置过渡段区段后,列车行驶引起的动态响应会明显减小到普通路基动态响应值;(4)过渡段结构层的动态响应受行车速度、列车轴重大小等因素影响,通常随行车速度、轴重的增大而呈现出增大趋势,其中受列车轴重影响显著;(5)本文研究结论可对高速铁路过渡段设计建设提供参考。     

遂渝铁路路涵过渡段动应力测试分析

通过测试试验列车以不同速度通过路涵过渡段时的路基面动应力,分析研究行车速度、行驶方向等各种因素对路涵过渡段路基面动应力幅值变化的影响以及动应力沿线路纵向的分布规律。结果表明,列车行驶速度对路基动应力值影响很大,采用正梯形的过渡段结构型式,以及过渡段长度的设置基本能满足时速200 km客货共线铁路的技术要求。     

高速铁路桥隧过渡段钢轨温度和横向变形试验

高速铁路过渡段无砟轨道可能产生以"碎弯"形式出现的钢轨横向变形,影响高速列车运行的平稳性、舒适性和安全性。以合福高速铁路桥隧过渡段为研究对象,对轨温和钢轨横向变形进行长期连续测试与分析,研究结果表明:同一时刻,钢轨沿线不足10 m范围内温差可达20℃以上,对钢轨变形产生不利影响;钢轨横向变形随着日温升降呈现周期性的变化,日波动量最大为0.25 mm;钢轨横向变形随着时间的推移呈累积增加之势,测试期间累积变形量为0.5~2 mm左右,累积速率为-0.016 32~+0.004 32 mm/d;左右2股钢轨均呈现波长为4倍扣件间距的"碎弯",最大波幅为2 mm,最大轨距偏差为1.3 mm。研究成果对于进一步揭示钢轨横向变形机理、提高无砟轨道平顺性、保证行车安全和舒适具有指导意义。     

铁路客运专线路涵过渡段动力特性试验研究

通过对秦沈铁路客运专线钢筋混凝土盖板涵沈端路涵过渡段DK47+076(下行线)进行动力响应现场测试和沉降观测,分析了级配碎石路涵过渡段的动应力、动位移和振动加速度与列车速度的关系,以及动力响应沿线路纵向变化规律。试验研究结果表明:级配碎石过渡段能减缓路涵间沉降差;动应力、动位移、振动加速度三者均受行车速度影响不大:各测点振动加速度的增值范围没有超过1 m/s2,动位移的变化范围集中在0.1~0.55 mm之间;动应力、动位移、振动加速度三者的最大值点均发生在线路纵向距涵洞顶中心线10.2 m处。这将对正确设计高速铁路路涵过渡段、保证列车平稳、安全行驶提供重要的借鉴作用。     

软土路基过渡段水泥搅拌桩桩长优化研究

湖南省西洞庭湖平原地段沿线地质条件差且软基处理方式繁多，为研究此地区路涵过渡段软土路基沉降特性及水泥搅拌桩渐变桩长对行车平顺性的影响，本文依托安慈高速公路项目，以桩长为变量进行有限元数值模拟分析，既考虑邻近区域软土地基处治效果，又要实现涵顶路基至一般路基的平缓过渡，以行车平顺性和运营期内涵洞拉压应力变化指标遴选水泥搅拌桩渐变桩长参数，并基于工程地基处治方案针对性提出复合地基渐变布桩方案，以期为高速公路路涵过渡段软土地基处治提供理论支撑。     

客运专线竖曲线与平面曲线重叠的试验验证

客运专线线路参数设置的合理与否,直接关系到列车运行的平稳性和旅客舒适度,而在试验列车运行条件下进行的轮轨力测试和列车运行平稳性试验是验证线路参数设置合理与否的主要手段。秦沈客运专线是我国第一条时速200 km的客运专线,对设计中采用参数合理性的实验验证是必不可少的。本文叙述了4 个半径为20 000 m的竖曲线与半径为5 500 m、7 000 m和9 000 m的平面曲线重叠条件下,轮轨作用力和列车通过时车体加速度和平稳性指标的测试过程和结果。分析表明,曲线超高应根据列车运行速度设置,以减小未被平衡的横向离心力。根据测试数据得出在试验列车250 km/h速度条件下通过这4个竖圆重叠区段是安全的,列车的舒适度达到良限值,说明竖曲线对行车影响并不十分明显。     

高速铁路邻近车站曲线最小半径研究

为了分析研究高速铁路邻近车站曲线最小半径对列车运行安全性与舒适性的影响,运用Simpack软件建立列车-线路动力学仿真模型。从动力学角度分析不同曲线半径对通过列车和停站列车的安全性和舒适性的影响。研究发现:通过列车经过车站邻近曲线时的轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率、列车平稳性指标大于停站车通过车站临近曲线时的相应指标;停站列车通过距离车站较远的圆缓点的轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率、平稳性指标能够满足运行安全性与舒适性需求,考虑富余量,停站列车速度采用通过曲中时的车速是合适的。     

铁路客运专线涵洞与路基过渡段级配碎石填筑施工技术

甬台温铁路客运专线宁波境内,软土路基涵路过渡段刚度分布不均匀,影响列车运行安全.文章结合甬台温铁路涵路过渡段施工实践,说明了客运专线涵路过渡段级配碎石生产施工工艺及质量控制要点,供类似工程参考.     

高速铁路无砟轨道路涵过渡段上拱整治

针对兰新客运专线K2450—K2460区段路涵过渡段路基上拱病害反复发生难以根治的情况，考虑工点施工条件，分别研究制定了上拱段桩板结构整治、暗挖落道整治两套方案。通过优化整治方案，细化施工注意事项，组织开展路基上拱整治实践，彻底整治了路涵过渡段上拱问题，恢复了无砟轨道平顺性，消除了高速铁路长期限速点。通过实践形成一套全路首创、彻底整治高速铁路无砟轨道路基上拱的技术和方法。     

梯形轨道-板式无砟轨道过渡段设置方案比选

梯形轨道和板式无砟轨道整体刚度差异较大,为实现线路刚度平顺过渡,需在两种轨道结构之间设置刚度过渡段。本文提出了四种不同长度和刚度的过渡段设置方案,通过建立车辆-轨道耦合动力学模型,对比分析四种过渡段设置方案对列车运行平稳性、安全性和轨道力学性能的影响。结果表明：设置过渡段后车体动力响应指标明显改善;设置过渡段时采用二级过渡比一级过渡更为合理;采用二级过渡段设置方案时,增加过渡段长度可改善车体动力响应指标,但过渡段长度大于36 m后对过渡效果的影响不明显;梯形轨道-板式无砟轨道过渡段建议采用二级过渡方案,过渡段长度取6块梯枕对应的36 m。     

时速350/250km共线高速铁路曲线半径动力特性研究

线路曲线半径是高速铁路主要技术标准之一,与高速铁路机车车辆运行时的舒适性、安全性及轮轨动力特性密切相关。运用多体动力学软件um建立高速铁路车线模型,考虑高速铁路轨道不平顺情况,研究曲线半径对列车运行时动力响应的影响。研究表明,随曲线半径的增加,横向加速度、脱轨系数、轮重减载率、磨耗功参数均呈现递减趋势,但半径超过7 000 m时递减趋势有所减弱,半径大于8 500 m时,各项指标趋向稳定。在满足安全性的条件下,为营造出优良舒适性,建议时速350/250 km共线高速铁路曲线半径取8 000 m,困难情况可取7 000 m。     

桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力特性的影响

桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统的动力学特性具有重要的影响,直接关系到桥上列车的行车安全性和运行平稳性。基于列车—轨道—桥梁动力相互作用理论,以高速铁路常用的简支箱梁桥和双块式无砟轨道为研究对象,采用列车—轨道—桥梁动力学仿真通用软件TTBSIM2.0,研究桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力性能的影响规律。结果表明:当桥梁梁体的刚度或者桥墩的横向刚度不足时,车辆和桥梁的相关动力性能指标将随着刚度的减少而急剧增大,严重影响列车过桥时的安全性和平稳性;当梁体垂向刚度不足时,有可能会引发车桥共振现象;当桥梁结构刚度满足设计规范要求时,车桥系统动力响应指标随刚度变化不明显,此时行车速度和轨道不平顺成为影响行车安全性和平稳性的主要因素。     

兰新高速铁路高寒区涵洞及涵路过渡段冻害原因分析

通过调查兰州至乌鲁木齐高速铁路浩门—大梁区间线路冻害情况,水文地质、工程地质及气象条件,分析涵洞及涵路过渡段冻害产生的原因,并提出冻害整治措施。研究结果表明:兰新高速铁路浩门—大梁区间位于深季节冻土区,冻害多发生于低路堤、浅路堑、零断面换填路基、涵洞及涵路过渡段,且涵洞和涵路过渡段冻胀量较大;发生冻害涵洞为下沉式小型涵;路基和涵路过渡段基床底层及以下部位多为细颗粒含量较多的B组粗颗粒填料,填料含水率约13. 4%～15. 0%,属于弱敏感～敏感性冻胀填料。可采取设置渗水盲沟、入冬前封堵涵洞出入口等措施防治冻胀。对于冻害严重的涵洞及涵路过渡段可在涵洞内壁铺设保温材料,涵路过渡段中设置纵向疏干排水孔、两侧设置保温护道。     

地震作用下基于场地条件的高速列车行车安全性

针对地震作用下高速列车行车安全性问题,基于多体动力学理论,采用多体动力学软件SIMPACK建立高速铁路车辆模型。采用日本实测地震数据,以脱轨系数、动态轮重减载率、轮轴横向力作为安全性评价指标,从车辆动态行为角度分析不同场地条件下列车速度、横向加速度峰值、垂-横向峰值加速度比对列车行车安全性的影响。研究结果表明:地震作用下列车行驶速度、横向加速度峰值、场地条件对列车行车安全性有显著影响;列车在Ⅲ类场地上行车安全性最差,而在Ⅰ类场地上最好;垂-横向峰值加速度比超过0.67以后,垂向激励对列车行车安全性有显著影响。建议高速铁路地震报警阈值的选取应基于场地条件,且应考虑近场地震作用下垂向激励的影响。     

高速铁路曲线线路车线耦合系统动力学性能仿真分析

依据系统工程理论,建立高速铁路曲线线路车线耦合系统有限元模型,对曲线线路在高速行车条件下的耦合系统动力学性能进行仿真,研究时速300 km等级高速动车组作用下曲线线路安全与平稳性指标,曲线线路轨道结构各部分的振动响应、列车速度与曲线半径和超高的关系.结果表明动车组以350 km·h-1的速度通过半径为5 500,7 000和9 000 m的曲线线路时,动车组的垂向和横向振动加速度以及平稳性能均满足舒适度要求,而且脱轨系数和轮轴横向力也能满足列车运行安全性要求;钢轨支点的横向力表现为过超高时内轨侧大、外轨侧小,欠超高时外轨侧大、内轨侧小;钢轨、轨枕的垂向和横向加速度随速度增加明显增大,而道床和路基的垂向加速度变化不大;钢轨和轨枕的横向动位移和动态轨距扩大量随速度的增加而增大;相同速度下,曲线半径小的轨道振动相对较大.     

时速400km高速铁路曲线超高研究

通过理论分析对时速400 km铁路线路最大曲线超高、欠超高以及最小曲线半径进行了研究,并建立列车通过高速铁路曲线地段动力学仿真计算模型,对不同工况下高速列车动力学各项安全性和平稳性指标进行计算分析。结果表明:时速400 km高速铁路最大曲线超高、欠超高、过超高、欠过超高之和、最大曲线超高与欠(过)超高之和等参数可以采用既有350 km/h高速铁路规范规定值;高速列车以400 km/h速度通过7 500,8 500,9 000 m半径曲线时,脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力等各项安全性指标均在限值以内;从平稳性方面考虑,高低速列车不共线运行时,对时速400 km高速铁路推荐最小曲线半径为9 000 m,一般条件下8 500 m,困难条件下7 500 m;高低速列车共线运行时,为了满足高低速匹配要求,推荐最小曲线半径为8 500 m。