基于车辆响应的无砟轨道路基不均匀沉降评价指标理论研究

路基不均匀沉降的合理评价对于保障高速铁路运营安全和指导线路养护维修至关重要。传统路基沉降评价多基于沉降幅值单一指标,缺乏对车辆运营速度、路基沉降波长的综合考虑。该文基于建立的精细化多车-无砟轨道-路基耦合动力学模型,分析了路基不均匀沉降下的车辆动力学响应特征以及运营速度、沉降波长及幅值对车辆响应的影响规律,在此基础上提出了沉降时变率指标用于路基不均匀沉降评价。结果表明:沉降时变率能融合车辆运营速度、沉降波长、波幅三者对高速列车动力学响应的共同影响。沉降二阶时变率和轮轨垂向力、轮重减载率安全性指标呈显著的线性映射关系;沉降一阶时变率和车体加速度等舒适性指标呈较为显著的线性映射关系;并提出了轮重减载率、车体加速度与沉降时变率的拟合公式。研究成果可为高铁线路设计和养护维修提供参考。     

高速铁路路基沉降与列车运行速度关联性的研究

土质路基在高速列车的长期循环荷载下不可避免会发生沉降变形,列车运行速度与路基的沉降有着直接的关联性。随着列车运行速度的不断提高,对不均匀沉降变形的控制要求也越来越严格;同时,路基的不均匀沉降也制约着列车运行速度的提升,故有必要研究无砟轨道路基不均匀沉降对列车运行特性和线路冲击的影响。在既有的列车-轨道垂向耦合动力学理论模型基础上进一步考虑了轨道板下方的CA砂浆层和混凝土垫层的共同作用,建立了更符合实际线路特征的车轨耦合分析模型,并通过与现场测试结果的对比验证了该模型的合理性。基于此模型考察了不同路基沉降分布特征、不同列车运行速度条件下车辆和轨道振动特性,从车辆运行安全性和乘客舒适性两方面的指标总结了沉降的控制要求。计算发现短波长的路基沉降易于引起轮轴较大的加速度响应,线路的沉降幅值控制标准主要由安全性指标(轮轴减载率)决定;而在发生大波长的路基沉降时,主要导致车体加速度响应明显增大,路基沉降控制标准主要由列车车体舒适性指标(车体加速度)所决定,并给出具体的控制参数。     

基于高速铁路路基冻胀的轮轨动力响应研究

季节性冻土区高速铁路无砟轨道路基冻胀,影响了列车运行的安全性、舒适性以及无砟轨道主体结构的服役性能。为研究路基冻胀和高速行车荷载组合效应下的轮轨动力响应,建立了车辆-轨道-路基冻胀耦合动力学模型,对路基不同冻胀幅值、冻胀位置和行车速度下CRTSⅠ型板式无砟轨道轮轨动力响应及轨道结构受力进行分析。结果表明:冻胀发生区段轮轨动力响应增大,列车以350 km/h运行时的安全性和舒适性满足冻胀管理标准要求,但轮轨力随冻胀幅值和速度的增加而增大;轨道板和底座板振动加剧,在计算冻胀波长和幅值范围内,离缝处轨道板振动加速度峰值超过动态验收标准要求,容易引起离缝处CA砂浆层及路基基床表层伤损破坏,且轨道板、底座板振动加速度随行车速度增加而增大;轨道结构动应力和列车荷载传递关系密切,路基冻胀状态下列车荷载引起轨道板和底座板处于交替和交变的拉压受力状态,需要在设计中提出控制裂纹的措施,行车速度对短波冻胀时轨道结构受力影响较小。     

基于希尔伯特-黄变换提取车辆轨道耦合系统时频特性

为研究各种激扰对车辆轨道耦合系统动力学响应时频特性影响,将基于改进经验模态分解（EMD）的希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang Transform）应用于车辆轨道耦合动力学振动信号分析中。运用改进EMD方法提取耦合系统振动响应的固有模态函数（IMF）,并对其进行希尔伯特-黄变换,得到振动响应的希尔伯特时频幅值谱和边缘谱。分析表明：希尔伯特-黄变换较傅里叶变换的分辨率与精度高,能有效捕捉车轮缺陷及轨道谐波不平顺激励下车辆轨道耦合系统的调制信号;车体垂向振动加速度随轨道不平顺波长、幅值非线性变化,振动信号的轮周激励成分为调制信号,且随轨道不平顺幅值增大而减小,随轨道不平顺波长增大非线性变化。     

基于离散元法的散体道床与基床表层耦合变形机理研究

基于真实道砟颗粒外形,采用离散元法建立了能真实模拟道砟颗粒间、道床与轨排之间、道床与基床表层之间耦合作用机理的轨枕-道床-基床表层精细化耦合模型。基于验证后的模型,对高速运营条件下轨道结构受力特性、弹性和塑性变形机理以及轨道沉降中道床和路基沉降所占比例进行深入研究。结果表明:轨道内接触力呈锥台状向下传递,在锥台形状断层处以斜面形式向斜下方延伸;存在道砟与基床表层碎石相互入侵现象,轨道沉降中道床沉降所占比例为83.9%~86.8%;轨道垂向弹性和塑性变形量、轨道沉降中道床沉降所占比例均会随着行车速度、列车轴重的增大而非线性增加。     

地铁车辆-轨道耦合振动响应分析及轨道结构参数优化

针对在建杭州地铁3号线下穿某文教区工程,根据车辆-轨道耦合动力学理论,分别建立车辆-普通整体道床轨道耦合动力学模型和车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型.基于赫兹非线性接触关系,实现轮轨间的力平衡和位移协调.利用有限元软件ABAQUS,对两种轨道结构模型的动力响应进行计算,研究轮轨耦合动力相互作用机理和轨道振动源强特性...     

高速铁路简支箱梁桥准静态变形对车桥动力响应的影响研究

针对高速列车运营阶段简支箱梁桥准静态变形对轨道平顺性的影响而引起的行车安全性问题进行了分析研究。首先建立了车辆-桥梁耦合动力相互作用模型,分析了桥梁准静态变形对轨道不平顺的影响,然后以轨道不平顺作为外部激励,分析了高速铁路简支梁桥在多因素作用影响下的准静态变形对车桥动力响应的影响。分析结果表明:梁体准静态变形对桥梁的动力响应影响很小;梁体徐变上拱对车辆竖向的动力响应影响较大,温度旁弯及墩顶横向变位对车辆横向的动力响应较大;梁体徐变上拱、温度效应引起的梁体旁弯幅值达到20 mm及墩顶变位幅值达到50 mm时,桥梁及列车各动力学参数均在行车安全范围内。     

地面沉降对路基上双块式无砟轨道平顺性的影响

高速铁路无砟轨道对于基础沉降变形特别敏感,地面沉降会显著影响路基上无砟轨道的受力变形及使用寿命,影响高速列车安全平稳运行。该文针对路基上双块式无砟轨道,基于有限元方法建立了梁-板-实体空间耦合模型,对地面不均匀沉降的幅值、范围及型式与双块式无砟轨道系统平顺性的关系开展了研究。结果表明:无砟轨道及路基各层沉降量随着地面沉降量增加基本成线性增加,支承层和路基表层间沉降差较大易出现离缝问题;地面沉降量20mm、沉降范围小于15m时,路基及轨道结构离缝现象明显,沉降范围大于15m时结构变形趋于平缓、轨面曲率半径增大;地面错台和折角型不均匀沉降均易导致无砟轨道及路基在折角点出现沉降差、结构离缝甚至开裂,折角值大小直接影响轨面平顺性。     

考虑车体刚柔耦合振动的高速铁路轨道不平顺敏感波长研究

随着高速列车的轻量化设计,列车在运行过程中车体的柔性振动也越来越显著,当特定波长的轨道几何不平顺激励频率与车辆系统固有振动频率相近时,将会引起车辆系统与不平顺激励发生共振,从而影响列车运行安全与乘坐舒适度。为研究高速铁路轨道几何不平顺敏感波长,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立考虑柔性车体的高速列车-轨道耦合动力学模型,系统研究不同类型轨道不平顺波长变化对高速列车动力学性能的影响。在此基础上,分析不同行车速度条件下不同类型轨道几何不平顺的最不利波长和敏感波长范围。结果表明,车体柔性振动对高速铁路轨道几何不平顺敏感波长影响显著;不同行车速度条件下不同类型轨道几何不平顺的最不利波长和敏感波长范围均有所不同;高速铁路轨道几何不平顺敏感波长存在三个显著波段,其中3～10 m的短波敏感波长主要与车体柔性模态相关,10～60 m的中波敏感波长主要与构架刚体模态相关,而60～140 m的长波敏感波长主要与车体刚体模态有关。     

不平顺条件下高速铁路轨道振动的解析研究

为了分析不平顺条件下高速铁路轨道结构振动,推导了移动车辆在轮对处和轨道结构在轮轨接触点处的柔度矩阵,考虑移动轴荷载和轨道不平顺,建立了移动车辆-轨道垂向耦合振动的解析模型.模型中,移动车辆考虑为弹簧和阻尼器连接的多刚体系统;有碴轨道结构模拟为连续弹性3层梁;轮轨间考虑为线性赫兹接触.算例分析了单台TGV高速动车引起的有碴轨道结构振动,得到轨道不平顺引起的动态轮轨力和轨道各部分的最大振动加速度,研究了列车速度、轨道不平顺以及轨下垫板及扣件、道床和路基等轨下基础刚度对轨道振动的影响.计算表明:随着列车速度和轨道不平顺的增加,轨道结构的振动响应不断增大;轨下基础刚度对轨枕和道床的振动影响较大,对钢轨振动的影响较小.     

墩台沉降对桥上纵连板式无砟轨道线路动力影响

基于耦合动力学理论,考虑纵连板式无砟轨道-桥梁系统各部件间非线性接触,建立高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁三维非线性有限元耦合动力学模型。运用建立的模型,研究高速列车在桥上纵连板式无砟轨道线路墩台不均匀沉降区段行驶时,墩台沉降对高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁耦合系统动力特性的影响。研究结果如下:①墩台不均匀沉降对高速列车、纵连板式无砟轨道各部件振动特性有很大影响,但对桥梁振动影响相对较小;②墩台不均匀沉降对最大垂向轮轨力、扣件最大压力影响较小,而对钢轨最大正弯矩、扣件最大拉力、轨道板和底座板纵向最大拉应力、CA砂浆最大压应力影响较大;③墩台不均匀沉降对耦合系统振动特性及无砟轨道动应力特性的影响不是简单的单调线性增加,而与墩台不均匀沉降引起的无砟轨道各部件间、无砟轨道与桥梁间局部脱空有关。     

曲线通过参数对高速列车牵引齿轮传动系统动力学响应影响研究

高速列车曲线通过时,车辆系统受力状态比直线行驶更为复杂,加上列车复杂车轨耦合系统,列车牵引齿轮传动系统动力学响应难以预测,所以探究曲线通过参数对高速列车牵引齿轮传动系统动力学响应的影响,对于判断牵引齿轮传动系统运行状态是必要的。通过有限元缩聚与轨道车辆动力学相结合方法,运用SIMPACK软件建立了高速列车刚柔耦合精细化动力学模型,考虑齿轮箱、齿轮副和轮对的柔性,研究不同曲线通过参数对齿轮箱动力学响应的变化规律。结果表明超高值和曲线半径对齿轮箱各轴承振动加速度影响规律不同,对齿轮副传动误差峰峰值及径向力幅值变化影响较大,对齿轮时变啮合刚度、接触应力、轴向力和圆周力幅值变化影响较小。     

基于振动能量的城市轨道交通减振轨道刚度研究

为确定城市轨道交通减振轨道的合理刚度,建立了车辆-轨道耦合动力学模型,计算了3～200 kN/mm钢轨支座刚度及3～6级不平顺谱工况下轨道的动力响应。通过小波包分析对系统振动速度、加速度信号的能量特性进行了处理,获得了轨道振动能量随钢轨支座刚度及不平顺的变化规律,最后以轨道系统总能量最低为标准,提出了城市轨道交通减振轨道最优刚度建议值。结果表明：轨道速度信号能量随钢轨支座刚度单调递减;轨道加速度信号能量随钢轨支座刚度先减小后增大;高刚度轨道对不平顺敏感,不平顺的增大会加剧轮轨振动;城市轨道交通减振轨道钢轨支座刚度最优值为5～10 kN/mm,可通过扣件减振措施与枕下减振措施组合实现,钢弹簧浮置板道床措施适用范围最广。     

突变阵风对列车动力响应及行车安全性的影响

突变阵风因风速在短时内发生瞬时变化容易对高速列车的行车安全性造成威胁。根据一维多变量非平稳随机过程理论，模拟了空间相关的时变阵风脉动风速场。采用多体动力学软件SIMPACK和有限元分析软件ANSYS，建立了42自由度的刚性列车与柔性轨道-桥梁相互作用的刚柔耦合模型，考虑横风向时变阵风的影响，基于刚柔耦合法形成了较为完善的风-列车-轨道-桥梁耦合动力学分析系统。以大跨度拱桥为工程背景，分析了时变阵风在不同车速和风速下对列车和桥梁动力响应特性及行车安全性的影响。结果表明：阵风对桥梁和车辆的动力响应具有重要的影响；在相同条件下考虑阵风影响时，主跨跨中横向位移增幅达到了200%，车辆的轮重减载率、脱轨系数相比于不考虑阵风时增大近30%；在风速大于25 m/s，车速大于80 km/h，轮重减载率将超过安全限值，表明车辆可能发生脱轨。     

基于车桥耦合模型的高速铁路预应力连续梁桥动力性能研究

本文利用车桥耦合关系建立车桥系统动力模型,模拟工后沉降引起的轨道高低不平顺,得到不同行车速度、不同工后沉降情况下列车和桥梁的动力响应,分析了工后沉降对车桥耦合系统产生的影响及工后沉降的控制指标,结论表明,预应力连续梁桥工后沉降引起的轨道高低不平顺主要影响高速车辆运行的舒适度,特别对车体的竖向加速度影响最大,所以控制工后沉降量的主要指标就是车体的竖向加速度。     

环境敏感区桥上有砟轨道铺设道砟垫的减振效果

为了给环境敏感区桥梁地段有砟轨道的减振设计提供理论依据,采用有限元方法建立了车辆—有砟轨道—桥梁空间耦合动力学模型。基于所建立的动力学模型,计算分析了铺设道砟垫对轨道结构和桥梁动力响应时频特性的影响,并对道砟垫的合理刚度进行探讨。计算结果表明:桥上有砟轨道采用道砟垫的减振效果明显,桥梁结构的动力响应显著减小,其中桥墩振动减小3~9 d B;铺设道砟垫不会加剧轮轨动力作用和影响行车安全,而且还有利于降低轨道结构的振动,其中以道床的振动减小最为显著;从保证减振效果、控制道床加速度以及道砟垫压缩量等角度综合考虑,建议道砟垫的合理面刚度取值为100~150 MPa/m。     

浅谈经编格栅在桥头路基中的应用

桥头路基的质量要求比较高,否则会因为桥头填土路基产生过量沉降,除路基本身下沉开裂引起路面早期破坏外,还会因为路基与桥涵建筑物沉降不均匀而出现沉降差（错台）,使高速行驶的车辆通过时发生震动、颠簸、跳车、噪声增大等情况。桥头跳车问题不但对行车安全和速度造成危害,而且会严重影响车辆及桥梁的使用寿命。目前该问题已引起广泛的注意,下面就结合我项目两侧高填土路基应用新型复合材料“土工经编格栅”的处理办法,介绍“土工经编格栅”在处理桥头填土或高填土路基中的应用。     

列车荷载作用下有砟轨道轨面沉降与路基不均匀沉降间的相关关系

有砟轨道路基发生不均匀沉降时,在列车荷载作用下,轨面会产生相应的沉降,进而影响列车运行的安全性和舒适度。在已有室内试验研究的基础上,采用二维颗粒流方法建立钢轨、轨枕和道砟的离散元模型,分析了路基不均匀沉降及列车荷载变化对轨面沉降的影响。结果表明：在路基不均匀沉降的波长一定时,随着波幅的增大,轨面沉降的波幅先逐渐增大而后稳定,并最终引起轨枕空吊;而轨面沉降的波长基本不受路基沉降波幅变化的影响,并且可按路基沉降波长以25°向上扩散至轨面进行简化计算;轨枕未出现空吊时,轨面沉降波长受列车轴重、动荷载大小及频率变化的影响很小,轨面沉降波幅受动荷载频率变化的影响很小,但受动荷载大小和轴重变化的影响显著。     

高速磁浮桥上轨道梁振动特性初步研究

将磁浮车辆、桥上轨道梁及下部桥梁视为整体大系统,建立磁浮车辆-轨道梁-桥梁动力耦合模型,并应用Fortran语言进行程序设计,利用其进行计算机仿真,研究在不同幅值、不同波数和不同波长的正弦不平顺作用下的系统振动响应规律.     

轨道梁特性对磁浮车轨相互作用研究

为缓解磁浮系统车轨耦合振动,目前往往采用增大轨道梁质量的方法来降低车轨系统耦合所带来的不利影响,但在研究过程中却忽略轨道梁刚度及车辆运行速度的变化对车桥振动的影响。为此,该文首先介绍磁浮轨道梁结构、特性要求以及车轨相互作用方式;然后采用车辆轨道垂向耦合动力学模型,仿真分析轨道梁刚度和车辆运行速度对磁浮车辆与轨道之间相互作用的影响。研究表明:轨道梁刚度对车轨振动响应影响较大,同时车速的影响也不能忽略。为以后轨道梁设计、安装及分析磁浮车轨相互作用提供一定的参考价值。