弹性轨枕轨道振动特性研究

弹性轨枕轨道是目前城市轨道交通运用较为广泛的轨道类型,钢轨是弹性轨枕轨道主要的振动和声辐射结构,通过研究钢轨的振动特性能够为控制振动和辐射噪声提供相关数据指导。在频域角度研究弹性长轨枕和弹性短轨枕轨道钢轨的垂向振动特性,分析不同轨枕结构及结构参数对钢轨垂向振动的影响,包括轨枕支撑刚度,轨枕质量以及轨枕尺寸对钢轨垂向振动的影响。结果表明：弹性轨枕轨道轨枕结构及结构参数的改变只会影响钢轨的0-400Hz范围内的垂向振动特性。     

重载铁路胶接绝缘接头处轨道振动特性

胶接绝缘接头是重载列车准确定位和区间信号传递的重要基础设施,但由于接头是线路的薄弱部分,易产生伤损病害导致轨道结构动态作用增大,为研究病害接头和新装接头对轨道结构的振动影响特征,在重载线路上进行了接头病害的静态测试调研和现场行车试验,分析了重载列车作用下病害接头和新接头对轨道结构振动传递、分布及频谱特征影响规律。结果表明,病害接头在长期动载作用下行车方向下侧钢轨出现了明显的低塌和钢轨硬弯病害。列车动载引起的轨道结构振动峰值分布具有随机性,整体上病害接头处钢轨振动峰值分布服从ln N分布,而新接头的服从N分布,两种接头处轨枕服从双峰分布。病害接头处轨道振动明显较新接头大。从反映冲击特性的峭度值来看,病害接头钢轨峭度值远大于3,存在较强冲击振动,而新接头处小于3,无冲击振动。车轮驶过接头轨缝,在迎轮侧钢轨病害接头会产生两次较大振动峰值,而新接头只有一次振动峰值。车轮动载会激发病害接头轨道结构高频振动,尤其在钢轨和道床中存在1 500 Hz以上的高频振动。随着车速的增大,接头处轨道结构振动相应增大,但各部位的增大趋势并不完全相同。     

弹性轨枕轨道振动特性研究

弹性轨枕轨道是目前城市轨道交通中运用较为广泛的轨道类型,钢轨是弹性轨枕轨道主要的振动和声辐射结构,通过研究钢轨的振动特性能够为控制振动和辐射噪声提供相关参考数据。在频域角度研究弹性长轨枕和弹性短轨枕轨道钢轨的垂向振动特性,分析不同轨枕结构及结构参数对钢轨垂向振动的影响,包括轨枕支撑刚度、轨枕质量以及轨枕尺寸对钢轨垂向振动的影响。结果表明:弹性轨枕轨道轨枕结构及结构参数的改变只会影响钢轨在0～400 Hz范围内的垂向振动特性。     

钢轨滚动接触疲劳缺陷的特征与发展模式

观察和解剖分析表明,轨头裂纹和隐伤是最主要的RCF缺陷;轨头裂纹在轨头内水平和向下扩展,会在轨面产生凹陷和V形裂纹,然后以水平裂纹为起源形成横向疲劳裂纹,最后引起钢轨断裂.通过对比分析,轨头裂纹在不同强度等级钢轨上都可能出现,但随着钢轨强度等级的提高,出现鱼鳞状、斜线状轨头裂纹和隐伤的可能性依次升高.存在一个合适的轮轨接触力与钢轨强度之比,使几种RCF缺陷出现的可能性都较低.     

小波能量谱在铁路轨道检测中的应用

列车振动能量突变是判断轨道病害及状态恶化的重要依据之一。基于连续小波变换细致的时间-尺度网格划分性能,结合概率方法,通过对轨道不平顺和列车振动信号的能量计算与分析,建立列车振动响应和轨道不平顺信号的时间、尺度和时间-尺度小波能量谱,并进行联合诊断。通过沪宁客运专线和朔黄重载铁路的轨检数据分析,表明此方法能够有效提取轨道结构中微弱病害的类型、损伤程度和空间位置,并实现整体不平顺状态的评估。这为铁路轨道病害诊断和状态评价提供了新的技术途径。     

无砟轨道钢轨导纳特性的实验研究

为研究无砟轨道钢轨的振动特性,以1 m长P60标准钢轨为研究对象,采用脉冲锤击激励法在实验室内进行试验。通过测量力响应及加速度响应,及运用DASP软件分析得出钢轨导纳（传递函数）的频响数据,计算得出钢轨在不同位置激励时跨中各拾振点的加速度导纳频响图。实验结果给出钢轨跨中截面轨顶、轨头侧面、轨腰、轨底各位置在10 000 Hz以下的振动特性。对不同位置激励时,跨中轨腰处振动响应受力的影响从跨中到两端效果逐渐减弱。轨道导纳分析是噪声分析的基础,有助于探明轨道噪声源产生的主要位置及其产生机理。该结果为无砟轨道钢轨的高频振动导纳特性的理论分析及其减振降噪频域范围和发声源位置的确定提供实验依据。     

苏州轨交1号线隧道内振动传递测试与分析

在苏州轨道交通1号线滨河路至塔园路上行隧道内,采用锤击法分别测试短轨枕断面（III型减振器扣件+短轨枕式整体道床）和长轨枕断面（普通扣件+长轨枕式整体道床）钢轨上激励点至钢轨、轨枕、道床以及隧道侧壁的振动传递。测试结果表明,扣件对于钢轨振动的衰减主要体现在小于100 Hz的低频段,而轨枕对频率大于100 Hz的振动有相对好的衰减效果。对比两个断面中钢轨测点至道床的传递函数,III型减振器扣件+短轨枕式整体道床具有更好的减振效果,在40 Hz～80 Hz频段的振动峰值衰减10 dB左右。     

减振型扣件理论研制和室内试验研究

扣件系统是影响轨道结构振动特性的关键因素,其刚度过大钢轨与轨枕或轨道板耦合作用减弱,钢轨的振动衰减率变小,过大耦合作用增强,会导致轨枕或轨道板振动增强。基于此,应用轮轨系统耦合动力学思想,得出一定轨道和车辆结构参数下的扣件的最佳匹配刚度。并基于铁路轨道设计规范设计制作了减振型扣件样品,通过疲劳测试和动力特性室内测试表明：疲劳前后静刚度损失为1.2kN/mm,扣压力损失为1.67kN,纵向阻力损失为1.6kN,表明扣件系统设计合理,组装疲劳性能合格;垂向激励和横向激励下,在0～5000HZ频段内,减振扣件对轨头、轨腰和轨脚的减振作用均很显著。     

30t轴重重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应研究

为研究多跨30 t轴重重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应规律,采用经过验证的梁轨相互作用模拟方法,建立了考虑桩-土共同作用、桥墩弹塑性变形、滑动支座摩阻力、线路非线性阻力的多跨重载铁路简支梁桥与双线有砟轨道相互作用仿真模型,揭示了一致激励和行波效应下重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应规律,探讨了路基段钢轨长度、简支梁跨数、跨度、线路纵向阻力形式、滑动支座摩阻系数等设计参数的影响,分析了温度、列车制动和地震耦合作用下系统的受力特征。研究表明:当地形地质条件相差不大时,简支梁跨数可简化为11跨、路基段钢轨长度可取为150 m;线路阻力减小时,梁体间、梁体与桥台间可能出现碰撞现象甚至发生落梁;纵向一致激励下,钢轨应力包络图呈"双菱形",其最大值出现在桥台附近,而梁缝附近梁轨相对位移较大,易发生动力失稳;行波效应下,系统受力和变形规律发生显著改变,即使对于跨度较小的简支梁桥,也应考虑行波效应的影响;温度和列车制动作用将进一步增大轨道结构在地震中发生动力失稳的可能性。     

随机车轮不圆顺及车辆参数对轨道频域振动响应影响分析

列车引起轨道振动响应受车辆参数及车轮养护维修状态差异等因素影响,短时间内不同地铁列车通过某一固定测试断面引起的振动响应呈现显著的不确定性,且在频域内不同频段的离散特征差异明显。为研究车轮不圆顺及车辆参数随机性对轨道振动响应的影响,以不同运营里程地铁列车车轮不圆顺实测样本为基础,构建了随机车轮不圆顺谱;测量了某地铁隧道区间轨道动态不平顺、钢轨表面粗糙度及轨道垂向振动响应;基于车-轨耦合频域解析模型,采用随机模拟法计算了随机车辆参数及随机车轮不圆顺联合作用下的轨道频域振动响应。研究发现:采用实测车轮不圆顺耦合轨道不平顺作为激励,计算获得频域轨道振动响应与测试值吻合良好,8 Hz～200 Hz的平均绝对百分比误差为2.4%;随机车辆参数、随机车轮不圆顺耦合实测轨道不平顺作用下,8 Hz以下的振动响应未出现显著的离散;16 Hz以上的振动加速度级离散明显,并均呈现正偏态分布特征;63 Hz以上频段分频振动加速度级离散超过20 dB。     

高速铁路桥上有砟-无砟轨道过渡段动力学研究

基于京沪高速铁路特大桥上的有砟轨道与CRTS II型板式无砟轨道之间的过渡段实例,建立了车辆-轨道耦合动力学有限元计算模型,通过不同结构处理措施对有砟-无砟轨道过渡段动力学特性的影响研究,研究表明：当有砟轨道轨下胶垫刚度为55～75MN/m,无砟轨道轨下胶垫刚度为20～30MN/m时,有砟轨道的整体刚度大于无砟轨道;当有砟轨道轨下胶垫刚度为55～75MN/m,无砟轨道轨下胶垫刚度为40～50MN/m时,无砟轨道整体刚度与有砟轨道大体相当;过渡段枕、宽枕等不宜在有砟轨道刚度大于无砟轨道时使用;采用道砟胶结后提高了道床的整体性及过渡段轨道结构的稳定性,但增加了轨道刚度,应同时降低轨下胶垫刚度,以减小轮轨力;辅助轨只是增加了轨道结构的稳定性,对轨道刚度影响较小。     

地铁隧道内不同轨道结构振动测试与分析

通过对地铁隧道内普通整体道床、Ⅲ型轨道减振器、弹性短轨枕、梯形轨枕、钢弹簧浮置板道床的现场振动测试,进行时、频域对比,了解各种减振措施在不同频率范围内的减振效果差异。结果表明,轨道减振器、梯形轨枕、弹性短轨枕及钢弹簧浮置板可分别降低隧道壁VLZmax分别为4 dB,7.6 dB,7.8 dB,19.0 dB;无论何种轨道减振措施,高频减振效果高于低频减振效果, Z计权的振动加速度级明显小于不计权的振动加速度级减振效果;梯形轨枕、弹性短轨枕、轨道减振器对50 Hz以上振动减振效果明显,钢弹簧浮置板道床对12.5 Hz以上振动减振效果明显,对控制列车运行产生的二次噪声更有效。     

轨枕空吊对有砟道床动力特性影响的离散元分析

为研究轨枕空吊对有砟道床动力特性的影响,建立有砟轨道的离散元分析模型。通过缩小与枕底相接触的道砟颗粒的粒径实现了轨枕空吊的模拟,研究了轨枕空吊状态下有砟道床的动力响应,分析了轨枕空吊形式和空吊数量对有砟道床动力响应的影响。结果表明:轨枕空吊会使得道床中道砟颗粒接触力发生重分布,空吊轨枕所在道砟箱中强力键的个数会减少,两侧相邻道砟箱中强力键的个数会增多,轨枕非完全空吊时在列车荷载作用下会对道床产生冲击作用而增大部分道砟颗粒受力;空吊轨枕会失去对其下方道砟颗粒的约束作用而导致道砟颗粒振动的离散性增加,同时会增大轨枕盒中道砟颗粒的振动并显著提高两侧相邻轨枕下方道砟颗粒的振动水平;轨枕空吊会增大轨枕侧面与道砟颗粒之间的摩擦耗能,引起道砟出现"泛白"现象,同时还会增大两侧相邻轨枕下方道砟颗粒之间的摩擦耗能;3根轨枕连续完全空吊对道床动力响应的影响大于1根轨枕完全空吊的影响。     

路基注浆对高速铁路轨道-路基体系动力特性的影响

翻浆冒泥是多雨地区铁路路基的常见病害,土颗粒流失后导致道床脱空,影响列车安全运行.高聚物注浆是修复路基翻浆冒泥的有效手段,但注浆对轨道-路基体系动力特性的影响有待进一步研究.通过全比尺无砟轨道路基模型试验重现了列车运行荷载下路基的翻浆冒泥现象,开展了路基注浆驱水和填充加固试验,测定了正常路基、路基翻浆冒泥及注浆修复后等...     

有砟梯式轨枕轨道减振性能的理论分析与试验研究

为实验室铺设有砟、无砟两种梯式轨枕轨道,用自由落锤激励装置对两种梯轨减振性能进行对比研究。建立有砟梯轨、有砟普通轨道的数值模型,利用试验测试结果对模型进行验证。通过在模型中施加货运列车荷载对比两种有砟轨道减振性能。结果表明,有砟梯轨减振性能不及浮置式梯轨,在低频段有一定减振能力,20 Hz以下振动经道砟平均衰减25 dB,对控制重载货运列车环境振动具备潜在优势;梯式轨枕对分散列车冲击振动、降低时域内峰值有明显优势。     

In situ impact testing of a light-rail ballasted track with tyre-derived aggregate subballast layer

In this study, the dynamic behaviour of ballasted track with and without tyre-derived aggregate (TDA) as subballast layer was assessed using impulse–response (IR) test. For this purpose, a prototype of a ballasted track was established and many IR tests were carried out. The obtained results were represented in three different kinds of velocity–time, velocity–distance and velocity–frequency curves. Processing of the obtained results revealed that TDA efficiency in terms of vibration reduction was in the range of 17–46 dB when the impact was applied to the ballast and it was in the ranges of 6–32 dB and 6–47 dB while impact locations were on the sleeper and rail, respectively. Overall, it was proven that TDA with the particle size of 5–50 mm and thickness of 200 mm reduced by 6–47 dB in vertical vibrations with the dominant frequency range of 32–63 Hz.     

Effect of particle size distribution and subgrade condition on degradation of railway ballast under impact loads

Ballasted rail tracks are generally exposed to impact loads generated from abnormal wheel-rail interface as well as sudden variations in support rigidity. These induced impact loads can lead to railway ballast degradation by attrition of the angular edges of the aggregate and breakage of single particle into finer fragments. In the present study, the degradation of ballast particles under impact loads is investigated by considering various fouling and breakage indices. For this purpose, impact test is conducted on ballast aggregates obtained from different quarries (rock types of basalt, marl, dolomite and trachyte) by varying the gradation of ballast aggregates, impact energy and subgrade type. According to the obtained results, the degradation of ballast specimens under impact loading is less for more broadly-graded ballast. In addition, providing a flexible subgrade as support condition leads to reduction in ballast degradation resulted from diminishing impact energy. Furthermore, the axial strain of ballast specimens reduces with decrease in degradation of aggregates under repeated impact loads.     

Cyclic loading of railway ballast under triaxial conditions and in a railway test facility

A recently developed large-scale triaxial test apparatus for railway ballast testing comprises a double-cell arrangement for measuring volume change by differential pressure. Monotonic and cyclic tests were performed on limestone ballast samples. Axial and volumetric strains and breakage were determined from both types of test. Resilient modulus and Poisson’s ratio were obtained only from the cyclic tests. The permanent axial strain and breakage results from the cyclic tests are compared with the simulated traffic loading in the railway test facility (RTF) which comprises three sleepers embedded in ballast over a subgrade. The traffic loading in the RTF was applied by hydraulic actuators with built-in displacement transducers. A column of painted ballast was placed under a rail seat of the middle sleeper to ease sample collection for sieve analysis at the end of the test. The stress condition in the RTF is predicted by a simple calculation based on findings of previous literature. It was found that the results from the cyclic triaxial test with conditions similar to the predicted conditions in the RTF were comparable to those results from the RTF tests.     

重载机车车轮擦伤下的轮轨动态响应

车轮踏面擦伤会造成剧烈的轮轨冲击作用,加剧车辆和轨道结构部件的疲劳破坏。为揭示实际车轮擦伤状态下的重载机车-轨道耦合振动响应特征,基于车轮擦伤的现场实测数据,拟合出了车轮擦伤模型。采用重载机车-轨道耦合动力学模型,详细考虑了钢轨垫层与扣件弹条相互作用,分别从时域和频域角度仿真计算了机车车轮擦伤引起的轮轨动态响应。研究结果表明:实际车轮擦伤呈不对称的几何形状;车轮擦伤激起的冲击力对轨道部件影响较大;车轮擦伤可能引发钢轨与扣件系统的短暂分离。研究结果可为踏面损伤识别、轨道部件检修提供理论参考。