高速鐵路橋上無砟道岔系統(tǒng)空間精細(xì)化設(shè)計(jì)理論及試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著高速鐵路的建設(shè)與發(fā)展，由于軌道高平順性、高穩(wěn)定性的要求及環(huán)保、地形、地質(zhì)等諸多條件的限制，會有相當(dāng)數(shù)量的無砟道岔設(shè)置在大橋、特大橋或高架結(jié)構(gòu)上，形成高速鐵路橋上無砟道岔結(jié)構(gòu)。高速鐵路橋上無砟道岔系統(tǒng)不僅綜合了無縫道岔、橋上無縫線路、無砟軌道以及大跨度橋梁的技術(shù)特點(diǎn)，而且衍生出一系列新的技術(shù)難點(diǎn)，已經(jīng)成為軌道工程研究領(lǐng)域面臨的重大技術(shù)難題之一。
　　本文在國內(nèi)外橋上道岔研究資料調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，基于大系統(tǒng)及協(xié)同仿真理論，自主建立

2、了高速鐵路橋上無砟道岔的精細(xì)化空間耦合模型，采用以靜為主、靜動結(jié)合的分析方法，對高速鐵路橋上無砟道岔的參數(shù)影響規(guī)律及典型設(shè)計(jì)難題進(jìn)行了系統(tǒng)研究，設(shè)計(jì)開展了高速鐵路橋上無砟道岔的現(xiàn)場綜合試驗(yàn)，并對高速鐵路橋上無砟道岔典型工點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)檢算評估，成功指導(dǎo)了鄭西等高速鐵路橋上無砟道岔的設(shè)計(jì)。本文的主要研究工作及成果如下:
　　(1)建立了高速鐵路橋上無砟道岔精細(xì)化空間耦合模型。
　　基于無縫道岔（車輛）-無砟軌道-橋梁-墩臺的相互

3、作用機(jī)理，首次建立了完善的高速鐵路橋上無砟道岔精細(xì)化空間耦合模型。模型由無縫道岔（車輛）、無砟軌道、橋梁、墩臺結(jié)構(gòu)以及相互作用模塊組成，不僅利用實(shí)體單元實(shí)現(xiàn)了道岔板、底座板、限位凹槽、道岔梁等結(jié)構(gòu)實(shí)際尺寸及物理屬性的準(zhǔn)確模擬，而且詳盡考慮了道岔里軌截面變化、轉(zhuǎn)轍機(jī)作用等細(xì)部因素及限位器、間隔鐵、扣件、滑動層等部件的非線性作用。
　　(2)開展室內(nèi)及現(xiàn)場試驗(yàn)研究，提出了高速鐵路橋上無砟道岔關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的合理取值。
　　既有參數(shù)

4、多適用于普速或提速道岔，不能滿足高速鐵路橋上無砟道岔的設(shè)計(jì)需要。針對目前研究的不足，率先開展了高速道岔扣件阻力、間隔鐵阻力等關(guān)鍵參數(shù)的室內(nèi)試驗(yàn)研究，參與了砂漿層阻力、制動力率等參數(shù)的現(xiàn)場試驗(yàn)，提出了關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的合理取值，形成了完整的高速鐵路橋上無砟道岔設(shè)計(jì)參數(shù)體系。
　　(3)系統(tǒng)研究掌握了高速鐵路橋上無砟道岔的力學(xué)特性及參數(shù)影響規(guī)律。
　　利用精細(xì)化空間耦合模型，揭示了無縫道岔-無砟軌道-橋梁-墩臺的相互作用機(jī)理，研究掌

5、握了高速鐵路橋上無砟道岔在不同荷載作用下的力學(xué)特性，對轍跟結(jié)構(gòu)型式、扣件阻力、摩擦板長度、橋墩剛度、道岔梁跨度及型式等主要參數(shù)的影響規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了高速鐵路橋上無砟道岔的合理設(shè)計(jì)建議。
　　(4)采用靜動結(jié)合的方法，研究了高速鐵路橋上無砟道岔的關(guān)鍵設(shè)計(jì)難題。
　　針對既有研究方法的不足，首次采用靜動結(jié)合的方式，對溫度-車輛荷載耦合作用場的影響、岔橋相對位置及道岔梁間簡支梁的設(shè)置等難以單純從靜力或動力角度解決的高速鐵

6、路橋上無砟道岔設(shè)計(jì)難題進(jìn)行了深入研究，為高速鐵路橋上無砟道岔的研究提供了新的思路。
　　(5)設(shè)計(jì)開展了高速鐵路橋上無砟道岔的靜、動態(tài)綜合試驗(yàn)研究，對精細(xì)化理論進(jìn)行了有效驗(yàn)證。
　　在鄭西高速鐵路渭南北站和京滬高速鐵路徐州東站，對橋上無砟道岔的鋼軌溫度力、鋼軌及橋梁位移、橫向變形、無砟軌道溫度及結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)等進(jìn)行了系統(tǒng)測試，把握了結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力變形規(guī)律，有效驗(yàn)證了精細(xì)化設(shè)計(jì)理論，掌握了里軌伸縮的車輛碾壓影響值、無砟軌道溫度分