基础刚度突变对双块式无砟轨道振动的影响

为了研究基础刚度突变对双块式无砟轨道垂向振动的影响,运用通用有限元软件ANSYS建立了双块式无砟轨道垂向动力学有限元模型.分析了模拟列车荷载通过5种不同基础刚度比时,无砟轨道结构的垂向振动响应.结果表明:基础刚度突变和列车行车速度对无砟轨道结构垂向振动的影响十分显著,为了保证列车平稳运行和减缓轨道结构的破坏,需在基础刚度突变处设置过渡段.     

连续梁桥上CRTS双块式无砟轨道疲劳特性

为探讨梁轨非线性互制作用下连续梁桥上双块式无砟轨道系统静动力荷载下结构响应,预测桥上无砟轨道结构的疲劳寿命,基于梁轨相互作用原理与车辆-轨道-桥梁耦合动力学原理,以昌景黄铁路某(40+64+40)m连续梁为研究对象,采用有限元方法建立了考虑桥梁、支座、底座板、道床板、扣件和钢轨等构件及结构层间非线性约束的连续梁-CRTS双块式无砟轨道的一体化空间分析模型,研究列车静活载作用下桥梁、道床板、底座板及钢轨的动力响应特性与无缝线路纵向力分布规律,分析连续梁桥上无砟轨道结构疲劳特性。结果表明：温度荷载作用下钢轨最大压应力位于连续梁两端,最大拉应力位于桥梁跨中;竖向荷载作用下钢轨最大拉应力位于连续梁桥墩,最大压应力位于桥梁跨中;制动荷载作用下钢轨拉、压应力极值均位于桥梁桥墩;钢轨纵向力由温度荷载控制,最大应力为143.1 MPa,满足规范要求;列车动载作用下,简支梁和连续梁上钢轨最大拉、压应力相当,道床板最大拉应力出现在连续梁跨中限位凹槽附近,其板底拉应力大于板顶,底座板最大拉应力出现在连续梁主墩附近,且板顶和板底的拉、压应力基本相同;列车动载作用下,钢轨最易破坏处寿命约27.1 a,道床板和底...     

Rheda2000型无碴轨道道床板疲劳寿命分析

通常国内无碴轨道设计中不进行疲劳损伤设计,而实际情况中道床板结构承受轮轨垂向力荷载等循环荷载作用,极有可能在其使用年限内产生疲劳损伤,故对道床板的疲劳损伤及其使用寿命进行研究有着非常重要的意义．本文主要阐述了利用S—N曲线（又称Wholer曲线）法对国内设计中24m单孔箱梁上Rheda2000型无碴轨道道床板进行疲劳寿命预测分析．     

武汉轻轨系统轨道结构随机振动研究

利用模态分析法,建立了车辆-轨道垂向耦合动力计算模型。在模型中,车辆为附有二系弹簧的整车模型,钢轨被离散为双层弹性基础上的欧拉梁。以随机振动理论为基础,分析了列车荷载作用下武汉轻轨系统轨道结构的垂向动力响应特征,得到了车辆、钢轨、轨枕、道床的响应功率谱密度函数以及轮轨之间的动作用力功率谱密度函数。结果表明,钢轨的垂向振动能量主要集中在高频段区域,由轨面垂向短波不平顺激发。     

轨道参数对重载铁路钢轨焊缝区域轮轨动力作用的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论和30t轴重货车-轨道垂向耦合动力学模型,计算了30t轴重货车通过钢轨焊缝不平顺区域时,轨道参数对轮轨作用的影响。结果表明:随着轨下支承刚度和轨下支承阻尼的增大,轮轨作用加剧;随着轨枕间距的增大,轮轨作用将有所减小;随着轨枕质量的增大,轮轨作用将略微增大,轨枕振动将明显降低。     

采空区场地高速铁路路基动力响应离散元数值模拟分析

目的 高速铁路穿越采空区场地存在重大安全隐患,为探讨采空区场地高速铁路路基的动力响应规律,方法 利用3DEC离散元软件建立17组采空区场地高速铁路路基数值模型,分析不同列车荷载作用下路基内部的沉降变形和动应力分布规律,对比分析无砟轨道和有砟轨道路基内部动力响应的分布差异,分析采空区开采宽度、厚度对动力响应分布规律的影响。结果 与无砟轨道相比,有砟轨道路基内部的动应力幅值明显更高,但其动应力的衰减速率也更高;动应力、动位移的时程曲线沿着路基深度方向出现不断增大的相位差;路基内部动位移幅值随着荷载作用时间增加而逐渐增大,但增大的速度不断降低,动应力幅值基本保持不变;动应力、动位移幅值与列车轴重存在明显的线性关系,随着轴重增加而线性增大;采空区开采宽度、厚度越大,列车荷载造成的动位移幅值也越大,但当开采宽度大于一定数值后,动位移幅值反而出现减小趋势。结论 列车荷载、路基轨道类型和采空区场地的差异都会对路基内部的动力响应分布情况产生影响,研究结果可为采空区场地高速铁路的安全运行提供理论参考。     

轨道刚度不平顺对高速车-轨-桥系统振动的影响

轨道刚度不平顺从轨面上难以区分,当列车通过时则会产生巨大的轮轨冲击或轨道变形,严重影响系统的安全平稳运营。针对该问题,首先解析推导了轨道刚度不平顺的数学表达式,并基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论建立了高速列车-板式轨道-轨桥耦合动力学模型;在此基础上从时域和频域角度研究了常规型轨道刚度不平顺对系统的影响;并以扣件失效为例,研究了缺陷型轨道刚度不平顺对系统动态特性的影响规律。结果表明:轨道刚度不平顺对系统振动有明显影响;轮轨力、轮对加速度及构架沉浮加速度等列车振动响应明显,表现出扣件间距及轨道板长度的周期性影响;在所考察的指标中,构架点头加速度对轨道刚度不平顺最为敏感;当考虑结构弹性后,轨道板边缘位置处的振动较板中位置处的振动大,两位置处钢轨加速度幅值比为1.17,而轨道板的加速度比值则达到了2.2;常规型轨道刚度不平顺主要引起结构周期振动,可能导致系统共振,加速结构损伤;缺陷型轨道刚度不平顺会造成轮轨冲击,严重时导致轮轨垂向力和轮重减载率超标,威胁行车安全;列车在250~350 km/h之间速度运行时,失效扣件的数量最多为1个。     

高速铁路无砟轨道引起的地面振动特性研究

以软土地区高速铁路无砟轨道路基段的地面振动问题为例,通过运用车辆-轨道耦合动力学理论和有限元方法,计算分析了速度为350 km/h的高速列车通过无砟轨道路基段引起的地面竖向振动时域、频域特征及其随距离的衰减规律,并与实测结果进行了对比。研究结果表明:在距离轨道不同位置处,计算与实测得到的地面振动加速度时域峰值的吻合度较好,20 m之前地面振动时域峰值衰减速率较快,而20 m以后其衰减速率开始减缓。通过对比地面振动1/3倍频程计权加速度级发现,计算与实测结果间的主频带振级相差不到5 dB。此外,从地面振动计权加速度级随距离的衰减规律可知:列车速度为350 km/h时的软土区高速铁路无砟轨道路基段周边50 m范围内的地面振动计权加速度级均大于65 dB,对人们正常生活的影响不可忽视。     

变速荷载作用下加筋低路堤动力响应分析

为研究变速荷载作用下加筋低路堤的动力响应,将荷载假设成变速均布线荷载,并考虑由于荷载变速产生的水平向应力,将加筋低路堤视为层状各向同性弹性层,采用Goodman模型表示层间接触条件。利用Garlerkin法推导出Fourier变换域内加筋低路堤动力响应的控制方程,提出一种模态叠加法,Duhamel积分和Fourier逆变换相结合的方法推导出任意时刻动力响应的数值解。采用两个算例验证方法的正确性,分析层间接触条件、荷载加速度、路堤高度和筋材刚度对加筋低路堤动力响应的影响。结果表明：层间接触状态对路面结构层底部的位移影响显著,尤其对纵向位移影响很大,且变速状态下这种影响更加明显,工程中应尽量使加筋土上下表面处于完全连续状态;随着初速度和加速度的增加,路面结构层动挠度显著增加,地基土表面动应力峰值明显增加,动应力路径显著增大且沿顺时针偏转;加速度对于正应力和剪应力在加筋低路堤中的衰减有一定的影响;增加加筋材料刚度会导致应力在加筋低路堤中的衰减,剪应力比最大可减小47.9%,正应力比最大可减小29%。     

高速列车随机激振载荷无砟轨道路基的动应力分布规律

相较于传统的列车-轨道-路基整体耦合三维有限元模型,提出一种优化处理列车荷载的方法,基于多体系统动力学理论建立列车-轨道垂向耦合模型,并通过数值计算得到考虑了轨道随机不平顺条件下的轮轨激振载荷,随后利用二次开发子程序将轮轨载荷导入无砟轨道-路基-天然地基土非线性数值分析三维有限元模型,在此基础上研究分析高速移动荷载作用...     

Vertical dynamic response of the ballastless track on long-span plate-truss cable-stayed bridges

An analytical model is presented to study vertical dynamic response of the ballastless track on long-span plate-truss cable-stayed bridges based on an explicit dynamic analysis method.In the model,the train,ballastless track and bridge are treated as a coupled vibration system with interaction.By simulating the dynamic process of the system,this paper discusses the distribution law of dynamic responses of the bridge deck and the bed slab.It shows the necessity of a base plate for the ballastless track on the long-span plate-truss cable-stayed bridge.Comparison of the influence of different train speeds and stiffness of the elastic vibration-damping pad on the dynamic responses of the bridge deck and the bed slab is also made.The reasonable stiffness value of elastic vibration-damping pad is proposed.     

曲线地段直线电机轮轨列车动力学响应

为研究直线电机轮轨列车行驶于曲线段线路上时,铁路线路条件对列车动力响应的影响规律,以便为修改线路设计规范提供理论依据.建立直线电机轮轨交通列车线路动力学模型,模型中直线电机所受垂向电磁力大小随列车牵引速度和电机气隙的变化而时刻改变.仿真模拟并分析垂向电磁力、车速、曲线半径、超高、轨道不平顺对系统动力响应的影响.结果表明:轨道垂向不平顺和高车速对气隙影响显著;列车通过小半径曲线段时,垂向电磁力对脱轨系数和轮重减载率的消减作用显著;脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、车体横向加速度、车体横向位移这5类动力响应的最大值,同时受车速、曲线半径、超高影响显著.基于5类动力响应最大值的拟合公式,可对车速、曲线半径、超高取值范围进行合理匹配,并确定曲线地段的合理车辆限界.     

Damage evolution and dynamic response of cement asphalt mortar layer of slab track under vehicle dynamic load

The damage evolution and dynamic performance of a cement asphalt (CA) mortar layer of slab track subjected to vehicle dynamic load is investigated in this paper. Initially, a statistical damage constitutive model for the CA mortar layer is developed using continuous damage mechanics and probability theory. In this model, the strength of the CA mortar elements is treated as a random variable, which follows the Weibull distribution. The inclusion of strain rate dependence affords considering its influence on the damage development and the transition between viscosity and elasticity. Comparisons with experimental data support the reliability of the model. A three-dimensional finite element (FE) model of a slab track is then created with the commercial software ABAQUS, where the devised model for the CA mortar is implemented as a user-defined material subroutine. Finally, a vertical vehicle model is coupled with the FE model of the slab track, through the wheel-rail contact forces, based on the nonlinear Hertzian contact theory. The evolution of the damage and of the dynamic performance of the CA mortar layer with various initial damage is investigated under the train and track interaction. The analysis indicates that the proposed model is capable of predicting the damage evolution of the CA mortar layer exposed to vehicle dynamic load. The dynamic compressive strain, the strain rate, and the induced damage increase significantly with an increase in the initial damage, whereas the dynamic compressive stress exhibits a sharp decrease with the increasing initial damage. Also, it is found that the strain rate dependence significantly influences the damage evolution and the dynamic behavior of the CA mortar layer.     

Elastic-plastic seismic response of CRTS II slab ballastless track system on high-speed railway bridges

China railways track structure II (CRTS II) slab ballastless track on bridge is one kind of track structures unique to China. Its main bearing component of longitudinal force is the continuous base plate rather than rail. And the track-bridge interaction is weakened by the sliding layer installed between base plate and bridge deck. In order to study the dynamic response of CRTS II slab ballastless track on bridge under seismic action, a 3D nonlinear dynamic model for simply-supported bridges and CRTS II track was established, which considered structures such as steel rail, fasteners, track plate, mortar layer, base plate, sliding layer, bridge, consolidation, anchors, stoppers, etc. Then its force and deformation features under different intensities of seismic excitation were studied. As revealed, the seismic response of the system increases with the increase of seismic intensity. The peak stresses of rail, track plate and base plate all occur at the abutment or anchors. Both track plate and base plate are about to crack. Besides, the rapid relative displacement between base plate and bridge deck due to the small friction coefficient of sliding layer is beneficial to improve the seismic performance of the system. During the earthquake, a large vertical displacement appears in base plate which leads to frequent collisions between stoppers and base plate, as a result, stoppers may be damaged.     

轨道不平顺与轮轨匹配对地铁车辆晃动的影响

为了综合分析轨道不平顺与轮轨匹配对地铁车辆晃动的影响机理,采用动力学试验与数值仿真相结合的方法展开研究. 测试车辆晃动的横向振动加速度、轮轨廓形及轨道不平顺,掌握车辆晃动、不同轮轨匹配特征,分析轨道不平顺及轮轨匹配对车辆晃动的影响. 结果表明：当地铁运行线路存在周期性轨道不平顺时,将严重影响车辆平稳性;不同轮轨型面匹配引起的转向架蛇行运动频率与轨道激励频率、车体滚摆模态频率的接近程度不同,是导致车辆平稳性存在差异的原因. 及时处理轨道周期性不平顺,合理控制轮轨型面匹配的等效锥度能够有效改善地铁车辆的运行品质.     

简支箱梁振动噪声影响参数研究

为了研究简支箱梁结构噪声,以32 m简支箱梁为研究对象进行车桥耦合动力分析,求解轨道不平顺作用下的竖向轮轨力。以竖向轮轨力作为激励加载在简支箱梁的声场分析模型中,以简支箱梁的动力响应结果作为边界条件,利用边界元和有限元相结合的方法求解声场内声压级的频率分布特性和传播规律。主要研究了行车速度和板件厚度等因素对简支箱梁结构噪声的影响。研究表明,桥梁结构噪声的频段主要在100 Hz以下,顶板上方的噪声声压级最大;结构噪声在传播过程中存在明显的衰减特性,噪声声压级随传播距离增大而减小;车辆运行速度越大,结构噪声声压越大;箱梁刚度和顶板厚度越大噪声声压级越小;相同列车荷载作用下,单箱双室箱梁辐射出的结构噪声声压级比单箱单室箱梁更小。     

钢轨底部动力吸振器对钢轨振动与噪声的影响

为分析钢轨底部动力吸振器对钢轨振动特性和声辐射特性的影响,建立钢轨振动-声辐射模型.首先,根据铁路板式轨道实际拓扑结构建立三维实体有限元模型,采用直接法求解钢轨结构的特征值问题;其次,计算分析了钢轨在垂向单位力激励下的导纳特性与振动衰减率;再次,利用轮轨滚动噪声预测模型计算分析了动力吸振器对钢轨声辐射功率的影响;最后,对轨底动力吸振器的参数影响进行了分析.结果表明:轨底动力吸振器的减振频段为750～1 650 Hz,降噪频段为800 Hz以上;吸振器的质量比越大其减振降噪水平越高,但减振降噪水平的提高效率越低;在一定范围内适当增大吸振器刚度可略微提高降噪水平,但是刚度过大会加剧钢轨的振动及其纵向传播;阻尼系数影响减振降噪作用频率的带宽,需要保证足够大且与吸振器质量、刚度相匹配.对钢轨底部动力吸振器减振降噪作用和参数影响的计算分析可以为钢轨轨底动力吸振器的参数设计以及低噪声钢轨的选型提供一定的参考.