钢岔枕振动特性及结构优化研究EI北大核心CSCD

列车荷载作用下钢岔枕振动过大从而导致其稳定性较差,为了提高钢岔枕在道岔中的适用性,从振动特性和列车荷载作用下结构动态响应两个方面分析钢岔枕几何参数及扣件、道床刚度对钢岔枕振动的影响规律,探明影响钢岔枕振动的关键因素并提出结构优化建议。研究结果表明,由于钢岔枕截面具有开口特征,使得结构刚度较低,容易出现截面扭转变形以及翘曲,通过增加钢岔枕底板的厚度,增大钢岔枕截面刚度,可有效控制由截面变形引起的钢岔枕振动响应。此外钢岔枕振动响应与扣件刚度和枕下道床刚度密切相关,相邻轨枕位置轨下动刚度的不均匀特征可形成钢岔枕-混凝土岔枕共振。为实现动刚度均匀化,可根据岔枕的质量设计合理的扣件刚度以及枕下支撑刚度,从而降低钢岔枕振动响应。最后基于车辆-道岔动力学耦合模型验证钢岔枕结构参数以及扣件刚度优化后的减振效果。     

岔区轨件打磨对高速列车动力特性影响分析

针对福州工务段在杭深客运专线部分岔区采用的轨件打磨方案。在实测岔区轨件打磨前、后关键断面廓形的基础上,基于车辆-道岔动态相互作用,建立了车辆-道岔仿真模型,以列车250 km/h速度直逆向过岔为例,对打磨前、后两种工况的动力响应特征进行了深入对比分析。结果表明:轨件打磨作业后,列车第一轮对右侧脱轨系数幅值降低27.7%、横向轮轨力幅值降低27.4%,车体横向振动加速度和横移量幅值分别降低了56.8%和47.7%,列车过岔安全性及动力特性得到了明显改善;工务段晃车仪、添乘仪以及动检车的检测结果显示,岔区轨件打磨作业后,线路设备质量得到了显著提升,列车过岔时的车体横向加速度明显降低;根据岔区轨件打磨经验表明:钢轨打磨是改善岔区轮轨接触关系、提升动车组运行品质的有效手段;理论研究成果验证了福州工务段为解决管内岔区"晃车"问题所采用的轨件打磨方案的合理性,为高速铁路岔区轨件廓形优化打磨提供了理论支持。     

钢轨件磨耗状态下高速道岔达速运行适应性研究

对实际运营条件下高速道岔钢轨磨耗廓形进行了测试。基于实测数据建立了高速车辆-道岔耦合动力学计算模型,对现行速度条件下岔区钢轨件磨耗对列车过岔动力性能的影响进行了仿真分析,进而对磨耗状态下高速道岔达速运行的适应性进行了探究。结果表明:长期运营条件下,高速道岔尖轨、基本轨、翼轨、心轨均出现了不同程度的磨耗,导致轨头廓形及钢轨件之间的相对位置关系较初始状态发生了较为明显的变化;钢轨磨耗状态下列车进岔时所产生的轮轨冲击作用提前了,转辙器区轮载过渡规律发生了明显的改变,列车通过辙叉区时轮轨的相互作用及安全性参数均增加,列车进岔后轮对蛇行运动趋势增大,导致出岔后发生轮缘接触,轮对及车辆振动也呈加剧的趋势,随着磨耗程度的加深,列车过岔时轮轨磨耗发展速率逐渐减缓,道岔钢轨磨耗发展呈逐渐收敛的趋势;道岔钢轨磨耗状态下,列车过岔速度的提升进一步压缩安全和疲劳性能裕量,并且会改变道岔钢轨件磨耗发展的收敛趋势。磨耗状态下高速道岔虽能适应达速运行条件,但需重点关注钢轨件的进一步磨耗和部件伤损加速的情况。     

流冰撞击作用下川藏铁路桥梁振动抑制及行车安全研究

流冰撞击作用是川藏铁路复杂艰险山区桥梁可能的自然灾害。为了评估动力吸振器(dynamic vibration absorbers, DVA)对流冰撞击作用下桥梁的振动抑制特性和对桥上列车走行性的影响,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论和DVA设计方法,建立了考虑流冰撞击荷载影响的列车-轨道-桥梁-DVA动力学模型。研究了DVA对冰击荷载作用下桥梁结构横向振动的抑制效果,并分析了其对桥上列车走行性的影响。结果表明：在桥梁墩顶附加DVA后,能有效抑制冰击荷载作用下桥梁结构的横向振动,且列车过桥时的车体横向振动加速度、横向轮轨力、脱轨系数和轮重减载率等动力学指标均明显减小;当行车速度增大到200 km/h时,DVA对车辆动力学响应依然有较好的减振效果;保持行车速度不变,增大DVA的质量比,车辆动力学响应的减振率均增大。试验表明,桥上安装DVA对铁路桥梁抵抗流冰撞击和桥上列车的走行性均有利。     

摩擦摆式支座对地震时桥上车辆安全性的影响

该研究建立设置了摩擦摆支座的车-轨-桥地震分析模型。其中,桥梁非线性振动分析采用OpenSEES平台,车辆模型中考虑了二系悬挂的横向止档和非线性阻尼,轮轨法向接触采用可分离的Hertz模型。用Rayleigh-Ritz法缩减了钢轨自由度。采用高效的分区异步长算法进行车-轨-桥大系统求解。分析了地震下列车通过50跨简支梁桥时的响应。发现摩擦摆支座显著降低了桥面加速度,但放大了桥面位移。设置摩擦摆支座后,桥上车辆的加速度、轮轨相对位移以及轮轨横向力均显著减小。可见,对于该研究的简支梁桥,合理设置摩擦摆式支座有利于提高地震条件下的桥上车辆安全性。     

重载铁路桥墩基础冲刷对车-轨-桥系统动力响应影响

为分析基础冲刷对车-轨-桥系统动力响应的影响规律,基于货物列车-轨道-桥梁系统（简称“FTTB系统”）空间振动计算模型,采用等效刚度模拟基础冲刷,建立基础冲刷条件下的FTTB系统空间振动计算模型;根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》中的m法,计算不同冲刷深度下的等效刚度并编制计算软件;将等效刚度输入模型,计算并分析不同车速下基础冲刷对FTTB系统动力响应影响。研究结果表明：冲刷对基础横向等效刚度的影响大于竖向刚度;车速≥70 km/h且冲刷外露至桩基时轮重减载幅度增大,建议适当减速;桩基外露2 m时对梁体跨中横向振幅及墩顶横向振幅影响显著,建议对桥墩基础进行加固。上述结论可为重载铁路桥墩基础的养护维修提供参考。     

城市轨道交通高架U型梁车-轨-桥耦合振动分析

基于多体动力学原理与有限元法,利用多体动力学软件Simpack建立三维车-轨-桥耦合振动仿真模型,对列车过桥时U型梁及轨道结构竖向和横向振动进行分析,研究扣件、板下弹性支承与桥梁支座参数对U型梁和轨道结构振动的影响,给出各参数合理取值范围。研究结果表明:列车以80 km/h的速度过桥时,1阶模态对U型梁局部振动贡献最大,且在轨道不平顺激励下,容易激发高阶模态,致使U型梁局部振动加剧;U型梁翼缘处横向振动不容忽视,且应重点关注钢轨与轨道板的竖向振动;增大扣件刚度可明显减小钢轨变形,但过大的扣件刚度会使轨道板和U梁振动加剧,建议扣件竖向刚度取值范围为20 MN/m~50 MN/m;增大板下弹性支承刚度可明显减小轨道板及钢轨的竖向变形,但过大的刚度将削弱轨道弹性,不利于减振,建议板下弹性支承竖向刚度取值范围为1.0×103MN/m~1.5×103MN/m;支座刚度在一定范围内增大可减小U梁、轨道板和钢轨的振动,但过大的刚度反而会使振动加剧,建议支座竖向刚度取值范围为3×103MN/m~4×103MN/m。     

扣件弹性垫层劣化对高速列车-道岔系统动力特性的影响

随着高速铁路运营时长的增加，道岔区扣件弹性垫层会发生劣化，对列车过岔的动力学性能产生不利影响。为研究扣件弹性垫层劣化对高速列车道岔系统动力特性的影响，考虑道岔区钢轨的柔性变形，以高速铁路18号无砟道岔为研究对象，建立车辆-道岔刚柔耦合动力学模型，通过时域和频域分析，研究扣件弹性垫层劣化位置、劣化程度、劣化个数及行车速度对列车道岔系统动力特性的影响。研究结果表明：扣件弹性垫层劣化位置影响较大，其中尖轨顶宽40 mm处为扣件弹性垫层劣化的最不利位置；随劣化程度的增加，车岔系统各动力学指标呈增大趋势，其中垂向指标影响更为显著；扣件弹性垫层劣化个数的增加对尖轨尖端的横向动力学指标产生不利影响，9组扣件连续劣化时横向力较1组扣件弹性垫层劣化时增大21.3%;当车辆以250 km/h速度过岔时，扣件弹性垫层劣化对列车道岔系统动力特性的影响最为显著。轴箱振动加速度对扣件弹性垫层劣化较敏感，可在一定程度上反映扣件弹性垫层的劣化。研究成果可为道岔区刚度优化和养护维修提供一定的理论指导。     

现代有轨电车小半径曲线桥桥墩横向刚度研究

现代有轨电车小半径曲线桥梁桥墩横向刚度对线路的平顺性有重要影响。基于有限元法,建立曲线桥梁-无缝线路空间耦合作用计算模型,以某35 m+40 m+40 m+35 m曲线钢-混组合桥为例,分析了多种因素对轨向不平顺的影响。结果表明：曲线桥上无缝线路会因纵、横向梁轨耦合作用引起中长波的轨向不平顺;轨向不平顺幅值与桥墩纵向刚度、轨温变化幅度、扣件纵向阻力极限荷载正相关,与桥墩横向刚度、曲线半径、扣件纵向阻力弹塑性临界位移负相关,其中曲线半径影响最为显著;曲线半径从150 m增加至600 m,中点弦测法、矢距差法所确定的轨向不平顺幅值降幅均超过60%;确定了有轨电车常用跨度连续梁桥在不同曲线半径条件下对应的桥墩横向刚度限值,其中钢-混组合桥对应桥墩横向刚度限值是同等条件钢筋混凝土桥的1.2倍～2.0倍。建议曲线桥上无缝线路设计中优化锁定轨温,或采用小阻力扣件,可有效降低因梁轨相互作用引起的轨向不平顺幅值和桥墩横向刚度限值。     

考虑轨道伤损的列车-无砟轨道-桥梁系统动力特性

为探讨桥上无砟轨道损伤对列车-轨道-桥梁系统动力响应的影响规律,基于车辆-轨道-桥梁耦合动力学原理,基于ANSYS+SIMPACK联合仿真,建立了考虑墩台纵向支座刚度、轨道结构及层间接触特性的双线32m简支箱梁桥CRTSⅢ型无砟轨道空间动力学模型。研究了时速200km列车通过条件下,扣件伤损及轨道板和底座板间离缝对车桥系统动力响应的影响规律。研究表明:单个扣件失效对轨道动力响应影响有限,0.07m板缝处轮轨竖向力骤变显著,钢轨竖向位移和钢轨节点反力增大明显;扣件连续失效对系统整体影响更大,其中相邻且对侧扣件失效影响最大;自密实混凝土沿轨道板横向完全脱空后,纵向离缝长度越大,对系统动力响应的影响也越大;相邻轨道板端部自密实混凝土都沿横向完全脱空对系统动力响应影响最大,轨道结构与桥梁结构的垂向加速度、竖向位移均增幅最大,增势最快;离缝长度1.2m,轮重减载率接近限值,继续增加至1.6m时,列车将脱轨;轨道板和桥梁的竖向振动随着离缝长度的增大显著增大,振动骤增会对轨道以及桥梁的耐久性产生不利影响,建议离缝长度检修限值可设为1.2m,并应重点关注轨道板端部自密实混凝土界面脱空情况。