CRTSI型板式軌道的動力特性及損傷影響研究.pdf

1、為滿足高速行車的平穩(wěn)性和安全性要求，需要鐵路軌道具有很高的平順性和穩(wěn)定性。無砟軌道在運營期間長期暴露于復雜的自然環(huán)境中，長期承受列車動荷載和溫度影響，難以避免地出現(xiàn)各種傷損，如板下CA砂漿脫空、扣件剛度變化、軌道板翹曲等，而且多種傷損形式可能會同時出現(xiàn)，將對行車平穩(wěn)性和安全性造成一定的影響，因此研究各種傷損及其組合對高速輪軌系統(tǒng)動力特性的影響，從面得到典型傷損的允許限度，是無砟軌道維修養(yǎng)護中的關鍵問題。
　　本文根據(jù)對中國無砟軌道

2、損傷的現(xiàn)場調查，總結了CRTSⅠ型板式軌道的損傷特點，應用輪軌系統(tǒng)動力學基本原理，建立了車輛-板式軌道空間耦合動力計算模型與方法，較為全面地計算分析了板下脫空、扣件剛度變化、溫度梯度及其組合對輪軌系統(tǒng)動力響應的影響，研究典型傷損或缺陷的影響特點及允許限值，以期能為高速鐵路無砟軌道的運營維修提供一定的參考。
　　(1)車輛-軌道耦合空間動力模型
　　針對CRTSⅠ型板式軌道結構與技術特點，對車輛-軌道模型做相應的簡化，運用輪軌

3、系統(tǒng)耦合動力學和有限元法，借助ANSYS/LS-DYNA有限元軟件，建立了典型傷損影響的車輛-軌道空間耦合動力計算模型，討論了主要計算參數(shù)的選取，借助已有研究成果和試驗數(shù)據(jù)，對計算模型進行了驗證。
　　(2)板下脫空對輪軌系統(tǒng)動力特性的影響
　　對不同砂漿脫空寬度、長度、位置以及不同行車速度的情況下的輪軌系統(tǒng)的動力特性進行了研究。研究結果表明，較大的板下脫空引起輪重減載率明顯的增加，可能嚴重影響行車安全性，建議將板下脫空限制

4、在1.0m以內。
　　當砂漿脫空沿軌道橫向沒有貫通時，對車輛動力響應影響不大，但對軌道動力響應的影響較大;脫空沿軌道橫向貫通時，當脫空長度小于1.0m時，對車輛與軌道動力影響較小，脫空長度大于1.0m時，影響明顯增加，尤其當脫空長度為1.6m時，輪重減載率達到0.82超過限值，鋼軌垂向位移最大值達到1.92mm接近限值。隨行車速度增大，輪軌系統(tǒng)動力作用顯著增大，脫空長度1.4m、車速350km/h時，輪重減載率達到1.0。通過相鄰

5、鋼軌支點位移差可估計輪重減載率，車速300km/h，位移差0.95mm時，減載率超過限值0.8，車速350km/h，位移差0.5mm時，減載率超過限制。
　　(3)扣件剛度變化對輪軌系統(tǒng)動力特性的影響
　　對扣件剛度整體變化和剛度突變條件下，輪軌系統(tǒng)的動力響應進行了計算分析，研究結果表明，扣件剛度變化對車體加速度即行車平穩(wěn)性影響不明顯，對輪重減載率有較大影響，尤其是剛度突變時減載率增加顯著，可能對高速行車的安全性造成嚴重影響

6、，建議嚴格控制扣件剛度突變，車速350km/h地段不允許造成剛度突變的異?？奂霈F(xiàn)。
　　扣件剛度由20kN/mm整體增至120kN/mm時，減載率由0.34增至0.6，表明扣件剛度整體增大對行車安全性產(chǎn)生不利的影響。2個扣件異常的最不利分布是，異?？奂霈F(xiàn)在同一軌道橫斷面的情況;3個扣件異常的最不利分布是，其中一股鋼軌下出現(xiàn)2個異?？奂蚁喔魞杀豆潭ㄝS距，另一股鋼軌下出現(xiàn)1個異?？奂椅挥谡?。隨著行車速度增大，輪重減載率隨之明

7、顯增大，車速300km/h時，2個異常扣件可使減載率達到0.89，3個異?？奂墒箿p載率達到1;車速350km/h時，1個異?？奂墒箿p載率達到0.84，2個及以上異?？奂墒箿p載率達到1。
　　(4)板下脫空與扣件剛度變化共同作用對輪軌系統(tǒng)動力特性的影響
　　針對板下脫空與扣件剛度變化同時作用，計算分析了輪軌系統(tǒng)動力響應特點。研究表明，當扣件剛度為20kN/mm、板下脫空長度為1.2m時，鋼軌垂向位移為2.14mm已超過允

8、許限值，建議扣件剛度不宜小于30kN/mm。當扣件剛度大于80kN/mm時，輪軌垂向力波動明顯，減載率增加較大，因此建議扣件剛度因老化等原因增大到80kN/mm時，考慮進行膠墊更換。板下脫空與異常扣件同時存在時，隨車速增大，輪重減載率顯著增大，車速300、350km/h時，減載率均達到1.0，建議嚴格檢查控制，防止高速鐵路軌道板下脫空區(qū)附近出現(xiàn)異?？奂?br>　　(5)溫度梯度及其與板下脫空同時出現(xiàn)對輪軌系統(tǒng)動力特性的影響
　　

9、采用施加彎矩模擬溫度梯度的方法，針對軌道板溫度梯度及其與板下脫空共同作用時，計算分析了輪軌系統(tǒng)動力響應的特點。研究表明，軌道板溫度梯度及由其引起的翹曲變形，對軌道板的縱橫向拉應力影響較大，對車體加速度即行車平穩(wěn)性的影響不明顯，對輪重減載率即行車安全性有一定影響，且車速越高、板下脫空越長影響越大，因此建議在高車速區(qū)段和可能出現(xiàn)大溫度梯度季節(jié)，加強軌道板下砂漿脫空的檢查和控制。
　　溫度梯度作用下，列車通過時軌道板拉應力明顯增大，11