地铁列车作用下不同无砟轨道结构振动响应

建立了单趾弹簧扣件、弹性支承块式、橡胶浮置板式3种无砟轨道的空间振动分析模型和地铁列车-无砟轨道系统空间振动分析方程.分别计算了3种无砟轨道在地铁列车荷载作用下的空间振动响应,并比较了系统响应随无砟轨道类型及车速的变化规律.结果表明,系统振动响应随车速的提高而增大;在车速相同的条件下,无砟轨道类型对钢轨竖向位移、轨道板竖向位移、轨道板竖向加速度、轮轨竖向力、脱轨系数及轮重减载率等响应影响较大,对其他振动响应的影响不甚明显;橡胶浮置板式轨道的竖向位移、横向位移与轨距扩大值最大;单趾弹簧扣件轨道轮轨作用力最大,橡胶浮置板轨道轮轨作用力最小;支承块和浮置板振动加速度明显小于钢轨振动加速度;在3种轨道行驶条件下,随着车速提高列车脱轨系数和轮重减载率均增大,竖向振动加速度最大值、横向振动加速度最大值、Sperling竖向舒适度指标和Sperling横向舒适度指标大致呈现先增大后减小趋势.当地铁列车在80km/h以下的运行速度通过这3种轨道结构时,列车的安全性和舒适性均能得到保证.     

梁端无砟轨道扣件系统及钢轨的受力分析

采用梁轨一体化无砟轨道有限元模型,计算了不同梁端位移作用下扣件系统与钢轨的受力,得出:①梁端位移对扣件系统与钢轨的受力影响很大,设计中应引起足够的重视;②相比活动支座,固定支座对控制梁端扣件系统与钢轨受力更为有利;③同一墩台两侧粱发生不对称位移比发生对称位移时对无砟轨道梁端扣件系统与钢轨的受力影响更为显著.     

均匀降温下CRTSⅡ型高速铁路轨道板温度应力分析

根据无砟轨道板钢轨-轨道板-钢筋滑移线性本构关系,建立了均匀降温作用下纵连式轨道板温度应力计算模型.应用拉普拉斯变换方法求解平衡微分方程,得到钢筋和混凝土应力、位移的解析表达式,分析配筋率、扣件扣压力和板底摩擦力等参数对裂缝间距及轨道板内力、位移的影响.最后以京沪高铁CRTSⅡ无砟轨道板为例,计算30℃降温条件下的开裂间距,轨道板内力、位移随裂缝长度的分布规律.研究结果表明,解析表达式可以准确地分析轨道板的温度应力,为无砟轨道板设计提供理论依据.     

有砟及无砟轨道结构对货物列车运行安全性的影响

基于列车-有砟及无砟轨道系统空间振动计算模型,采用列车脱轨能量随机分析方法,分别计算货物列车在有砟、无砟轨道上的脱轨全过程,得出2种车轨系统横向振动极限抗力作功及其动力响应,分析货物列车的运行安全性、2种车轨系统的空间振动特性。研究结果表明:与有砟轨道相比,无砟轨道的抗脱轨能力最大可提高45.9%,车速为90 km/h时无砟轨道上车体竖向Sperling平稳性指标、轮对横向力、轮轨竖向力分别减小73.5%,22.1%和27.3%;无砟轨道各部件横向位移、加速度均小于有砟轨道相应值,而钢轨竖向位移大于有砟轨道相应值,但由于无砟轨道竖向位移主要由扣件承担,导致钢轨传至道床板的竖向位移衰减75.3%;无砟轨道各部件竖向加速度均大于有砟轨道相应值,产生的振动、噪声对周围建筑影响更大。建议在重载铁路新线设计中优先采用无砟轨道,但应采取减振降噪措施。     

轨道参数对无砟轨道振动特性的影响分析

依据弹性支撑块式无砟轨道的力学特征,以及地铁车辆的实际参数,建立了轮轨非线性耦合系统模型.通过对该模型的求解可以得到系统中钢轨和轨枕的竖向振动加速随时间的变化过程,结合快速傅里叶变化的方法,分析了钢轨和轨枕振动加速度在频域中的变化.引入根据人体敏感度进行修正后得到的振动能量指标,对钢轨以及轨枕的振动能量进行量化分析,评价了系统中各个参数对于系统振动特性的影响.结果显示,增加各垫层的刚度和阻尼都能直接导致系统振动能量的减少,其中增加刚度导致振动能量减少的幅度要大.     

梁端无砟轨道扣件系统及钢轨的受力分析

采用梁轨一体化无砟轨道有限元模型,计算了不同梁端位移作用下扣件系统与钢轨的受力,得出:①梁端位移对扣件系统与钢轨的受力影响很大,设计中应引起足够的重视;②相比活动支座,固定支座对控制梁端扣件系统与钢轨受力更为有利;③同一墩台两侧梁发生不对称位移比发生对称位移时对无砟轨道梁端扣件系统与钢轨的受力影响更为显著。     

短波随机不平顺对列车-板式无砟轨道-路基系统振动特性的影响

运用弹性系统动力学总势能不变原理及形成矩阵的"对号入座"法则,建立列车-板式无砟轨道-路基竖向振动方程组,分析列车高速运行时,短波随机不平顺对列车-板式无砟轨道-路系统振动特性的影响,并对不同种类随机不平顺对列车-板式无砟轨道-路基系统动力特性的影响进行对比研究.研究结果表明:短波随机不平顺对车体垂向加速度、路基竖向压应力影响很小,对扣件竖向压应力、轨道板及底座板弯曲应力有一定的影响,对轮轨垂向力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度、底座板振动加速度和CA砂浆压应力则有显著的影响,影响超过中长波随机不平顺.研究车体及路基动力特性时可以不考虑短波随机不平顺,研究无砟轨道各部件动力特性时,则应考虑短波随机不平顺.     

客运专线无砟轨道梁端扣件上拔力研究

针对客运专线无砟轨道梁端转角和竖向相对位移对梁端轨道结构设计的影响,分析了无砟轨道梁端扣件上拔力产生的机理。建立了无砟轨道梁端扣件上拔力计算的有限元模型。分析了梁端转角、竖向相对位移、梁缝处扣件间距、梁端悬出长度、梁高等对扣件上拔力的影响规律,为客运专线梁端无砟轨道结构设计提供理论参考。     

多跨简支梁桥上无砟轨道无缝线路受力研究

为研究多跨简支梁桥上不同无砟轨道对应无缝线路的受力特点,基于梁轨相互作用原理推导了可以考虑非线性阻力的多跨简支梁梁轨相互作用公式,并与有限元法进行了对比.分别建立了32 m标准跨度简支梁桥上不同无砟轨道模型,分析对比了实测温度荷载与制挠力耦合作用下各无砟轨道对应的无缝线路受力规律,同时探讨了简支梁跨数墩顶刚度以及扣件阻力等结构参数的影响.结果表明:对于32 m标准跨度简支梁,随着简支梁跨数的增加,钢轨附加应力最大值趋于稳定,且稳定时的最大值均小于规范限值,对于铺设无砟轨道的简支梁桥,其跨数不受钢轨附加应力限制;对于单元板式及双块式无砟轨道,当墩顶纵向刚度大于2 000 kN/cm时,墩顶刚度的变化对其钢轨附加应力的影响很小;多跨简支梁桥上无砟轨道不建议采用小阻力扣件.     

轨下基础参数对钢轨动力响应的影响

以钢轨动力响应周期解析法为理论基础,采用双层弹簧阻尼支承的Timoshenko梁为轨道的力学模型,从时域和频域两方面计算分析了钢轨垫层刚度、轨枕质量、轨枕垫层刚度、钢轨垫层阻尼、轨枕垫层阻尼及轨枕间距对钢轨点动力响应的影响.随着钢轨垫层刚度和轨枕垫层刚度的减小,钢轨的振动响应增大;随着轨枕质量的增大,钢轨的振动响应减小;随着轨枕间距的减小,大部分频段内的振动响应减小,小频段内的振动响应值增加;钢轨垫层阻尼、轨枕垫层阻尼对钢轨的振动响应基本不产生影响.     

桥上无碴轨道无缝道岔力学特性分析

采用有限单元方法，建立了桥上无碴轨道、无缝道岔伸缩力的计算模型，分析了轨温变化幅度、扣件阻力、限位值、间隔铁数量等轨道结构参数对无缝道岔受力及变形的影响．研究表明，桥上无碴轨道无缝道岔的温度力和位移受轨温变化幅度的影响很大，扣件阻力对结构受力也有很大的影响，而限位器、间隔铁阻力参数变化对结构的影响要居次要地位．     

地铁直线轨道波磨成因及发展特性

为分析地铁直线段钢轨波磨的成因及发展特性,基于轨道结构有限元模型和车辆-轨道耦合动力学模型,运用模态分析和动力分析对钢轨波磨的产生和发展进行研究。结果表明：（1）实测波磨的线路条件和通过频率范围与Pinned-Pinned共振导致的响轨波磨接近,初步认为该区段发生的波磨可能为响轨波磨;（2）轨道结构模态分析发现,513.7Hz处的振动模态为轨道结构的横向Pinned-Pinned共振模态,1050.0Hz处的振动模态为轨道结构的垂向Pinned-Pinned共振模态;车辆-轨道耦合模型动力分析发现,钢轨垂向振动加速度级在中心频率500Hz和1000Hz处幅值较高,分别为69.7dB和70.1dB,且上述中心频率所对应的三分之一倍频程带宽为轨道结构发生Pinned-Pinned共振的频率范围,因此分析认为该线路上的钢轨波磨为轨道结构Pinned-Pinned共振所致的响轨波磨;（3）不同轨枕间距和运营速度下的钢轨垂向振动加速度级变化趋势基本一致,且中心频率500Hz和1000Hz处的钢轨垂向振动加速度级幅值较高。随着轨枕间距和运营速度的变化,500Hz和1000Hz处的钢轨垂向振动加速度级变化趋势相同;通过改变轨枕间距和运营速度,可以使得钢轨垂向振动加速度级发生明显变化,说明适当的轨枕间距（700mm左右）和运营速度（80km/h左右）能够有效的控制响轨波磨的产生和发展。     

道床板结对轨道振动的影响

根据实测的加速度波形及其能量谱密度图,采用二自由度钢轨振动理论,定性地分析道床板结对钢轨振动的影响：道床结构使钢轨垂直加速度振动总能量增加,对轨枕竖向振动的影响较钢轨的大;道床板结对道床垂直振动的影响不大,但使振动能量集中部分频率降低;道床板结使钢轨和轨枕的位移有所降低,因此减弱了整个轨道系统的弹性功能。     

地铁普通扣件钢轨波磨特性

通过分析上海某地铁线路上普通扣件轨道区段钢轨波磨实测数据,得到该区段波磨的典型通过频率.然后建立三维实体有限元模型并进行模态分析,发现实测波磨的典型通过频率均与轨道结构某几阶弯曲振型的频率相接近.最后基于摩擦功理论,建立磨耗计算模型并进行仿真计算,对波磨频率特征及发展特性进行分析研究.结果表明普通扣件轨道低频处峰值较大,而且不同车速下峰值频率基本吻合.结合磨耗叠加图及1/3倍频程等级图,可得相同速度下,随着叠加次数的增加,波磨波峰、波谷叠加位置相同,特征频率相同;不同速度下,波磨的特征频率并未随速度的改变而发生改变,体现了波磨固定位置和固定频率的特性.在车速80km·h~(-1)和60 km·h~(-1)下,波磨在40 Hz、80 Hz频带内发生的可能性较大;而在车速40 km·h~(-1)下,轨道上主要表现为均匀磨耗.同时车速对波磨的增长有一定影响,速度越大,总体磨耗量越大;但磨耗的发展速度并不完全随车速的增大而增大.     

混凝土梁桥动力特性对耐久性指标的灵敏度

根据简支梁的振动频率和振型函数,建立了基于监测信息条件下的可靠度功能函数.采用可靠性的灵敏度分析方法,研究材料参数和截面几何参数对混凝土梁桥振动频率的影响.理论分析表明,振动频率对钢筋弹性模量的灵敏度低于对混凝土弹性模量的灵敏度,对混凝土截面惯性矩的灵敏度低于对钢筋截面惯性矩的灵敏度.算例表明,振动频率对钢筋腐蚀的灵敏度高于对跨中损伤的灵敏度;当钢筋腐蚀程度和跨中损伤程度分别为5%,10%,15%和20%时,钢筋腐蚀引起的1阶振动频率变化率是跨中损伤引起的1阶振动频率变化率的1.94,1.85,1.80和1.74倍.     

高速列车运行引起的墩顶垂向动反力特征分析

结合高速铁路系统特点,钢轨模拟为离散点支撑欧拉梁,桥梁采用模态综合法建立运动方程,在考虑梁轨和轮轨关系基础上建立了车桥动力分析模型,并结合常用跨度简支箱梁特点,分析了轨道不平顺、速度和跨度对墩顶动反力的影响规律.结果表明:中长波范围内轨道不平顺不会对墩顶垂向动反力产生明显影响;随着速度提高,梁的共振和消振造成墩顶动反力的放大和减小;不同跨度简支梁桥墩顶垂向反力特征差异明显,车长和轴距引起的频率都有不同程度体现.     

橡胶垫浮置板轨道变形控制及减振分析

在进行轨道结构减振效果的优化设计时,需要考虑结构的变形限值条件.以橡胶垫浮置板轨道为研究对象,采用模态分析和谐响应分析,对轨道系统的振动特性进行了研究.考虑钢轨的变形限值,提出了减振性能最优的板下胶垫刚度.利用建立的地铁车辆-橡胶垫浮置板轨道-基础空间耦合系统动力分析模型,计算了该胶垫刚度下的轨道、基础动力响应,对其减振效果进行了评估.研究表明:橡胶垫浮置板轨道具有较好的减振性能.按照钢轨变形限值4mm控制,轨道固有频率为18.7Hz.在1~80Hz频率范围内,浮置板轨道的综合减振效果为10.4dB.研究成果可用于实际工程,为类似减振轨道结构的选型和优化设计提供一定的借鉴.     

基于车轨耦合动力学分析的地铁e型弹条扣件疲劳寿命预测

地铁是城市交通的重要组成部分,而扣件系统是地铁轨道结构的关键部件,起到固定钢轨、减振降噪的作用。为分析地铁e型弹条扣件的疲劳性能,基于车辆轨道动力学理论,通过多体动力学软件UM建立了车轨耦合模型,研究了车辆速度、轨道不平顺类型以及曲线半径与钢轨动力学响应的关系;并通过有限元软件ABAQUS对扣件系统进行了仿真计算,将车轨耦合动力分析得到的钢轨位移作为疲劳荷载,采用应力疲劳计算的方法对弹条的疲劳寿命进行了预测和分析。结果表明：钢轨位移响应受不平顺类型和车辆速度的影响较小,而加速度响应对两者则比较敏感;轨道曲线半径的改变,对内轨位移的影响相对明显,随着半径的减小,内轨的位移时程曲线出现明显的上移,同时对加速度的影响也增大,内轨加速度峰值呈增大趋势;基于此模型计算的弹条疲劳寿命为2.14×10⁷次,寿命最低处位于弹条后拱小圆弧段,与实际断裂位置相吻合;弹条初始安装扣压力对弹条疲劳寿命的影响很大,随着初始安装扣压力的增大,弹条的疲劳寿命不断减小,且减小的速度趋于增大,为确保弹条扣件处于良好的工作状态,初始扣压力应当控制在11～15 kN范围内。