客運(yùn)專線無碴軌道高速列車走行安全性分析理論與應(yīng)用研究.pdf

1、無碴軌道是高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向，我國正在大力興建以成區(qū)段鋪設(shè)無碴軌道為主的客運(yùn)專線。雖然我國針對(duì)無碴軌道進(jìn)行了大量的理論和試驗(yàn)研究，但客運(yùn)專線無碴軌道建設(shè)仍缺乏成熟經(jīng)驗(yàn)，主要依靠引進(jìn)國外無碴軌道技術(shù)。如何理解、消化和吸收國外無碴軌道技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行再創(chuàng)新，最終實(shí)現(xiàn)洋為中用就成了當(dāng)務(wù)之急。尤其重要的是，如何從理論上確保高速列車在客運(yùn)專線無碴軌道上走行時(shí)有較高的安全度，如何通過理論分析得到的結(jié)論來指導(dǎo)無碴軌道的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營。因此，

2、通過理論研究解決上述問題將具有重要的理論價(jià)值和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)意義。本論文取得了如下主要研究成果：
　　 1.提出了高速列車-無碴軌道時(shí)變系統(tǒng)空間振動(dòng)分析理論，其主要內(nèi)容包括：
　　 (1)基于橫向有限條與板段單元法，建立了無碴軌道結(jié)構(gòu)空間振動(dòng)分析模型，推導(dǎo)了無碴軌道空間振動(dòng)總勢(shì)能；
　　 (2)將高速列車及無碴軌道視為一個(gè)整體系統(tǒng)，考慮車輪懸浮、輪軌位移銜接條件及輪軌“游間”的影響，采用彈性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)總勢(shì)能不變值原理

3、及形成系統(tǒng)矩陣的“對(duì)號(hào)入座”法則，建立了高速列車-無碴軌道時(shí)變系統(tǒng)空間振動(dòng)方程；
　　 (3)以高速列車構(gòu)架蛇行波為此系統(tǒng)橫向振動(dòng)激振源，以軌道豎向不平順為此系統(tǒng)豎向振動(dòng)激振源，利用Wilson-θ數(shù)值積分法求解方程；
　　 (4)基于Fortran PowerStation4.0平臺(tái)，采用Fortran語言編制了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序。
　　 2.計(jì)算了高速列車-無碴軌道時(shí)變系統(tǒng)空間振動(dòng)響應(yīng)，通過與實(shí)測(cè)結(jié)果的比較，以

4、及對(duì)計(jì)算得到的系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)波形圖及量值的分析，證明了本文所建立的無碴軌道結(jié)構(gòu)空間振動(dòng)分析模型及程序的正確性與可靠性。
　　 3.通過大量分析系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)高速列車-無碴軌道時(shí)變系統(tǒng)空間振動(dòng)響應(yīng)的影響規(guī)律，提出了無碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)建議取值范圍。其中，提出了水泥瀝青砂漿應(yīng)具有較高強(qiáng)度、較低彈性模量的新觀點(diǎn)，為我國板式無碴軌道結(jié)構(gòu)用水泥瀝青砂漿的研發(fā)指出了技術(shù)方向。根據(jù)本文提出的參數(shù)值，由中南大學(xué)研發(fā)的水泥瀝青砂漿材料已成功應(yīng)用于

5、武廣客運(yùn)專線5 km長的板式無碴軌道試驗(yàn)段。
　　 4.基于列車脫軌能量隨機(jī)分析理論，進(jìn)行了高速列車在無碴軌道上的脫軌全過程計(jì)算機(jī)仿真，首次算出了高速列車脫軌全過程振動(dòng)響應(yīng)，并確定了高速列車-無碴軌道時(shí)變系統(tǒng)橫向振動(dòng)極限抗力作功σc與車速V的關(guān)系；針對(duì)我國客運(yùn)專線典型無碴軌道結(jié)構(gòu)，分析了高速列車在設(shè)計(jì)車速以內(nèi)在無碴軌道上的走行安全性，并計(jì)算了其安全度。
　　 5.基于列車脫軌能量隨機(jī)分析理論，提出了列車-軌道系統(tǒng)橫向振動(dòng)