高速鐵路有碴軌道結(jié)構(gòu)動力特性分析研究.pdf

1、高速鐵路以其迅速高效、節(jié)能環(huán)保及安全舒適等優(yōu)越性，在世界各國得到迅速發(fā)展。我國鐵路運(yùn)輸為提高競爭能力，通過新建快速客運(yùn)專線、大力加強(qiáng)既有線技術(shù)改造，大幅度提高了列車運(yùn)行速度。為確保列車高速度、高密度運(yùn)行，高速鐵路應(yīng)具備高平順性、高穩(wěn)定性與少維修等特點(diǎn)，從而對軌道結(jié)構(gòu)提出更高要求。研究快速及高速運(yùn)行條件下軌道結(jié)構(gòu)動態(tài)特性，控制輪軌相互作用，延長軌道結(jié)構(gòu)維修周期已成當(dāng)務(wù)之急。本文根據(jù)我國新建高速客運(yùn)專線和200km/h既有線提速

2、改造的實(shí)際情況，以有碴軌道結(jié)構(gòu)為研究對象，在軌道結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)有限元建模與軌道不平順影響動力分析、落軸沖擊數(shù)值計(jì)算和不同墊層隔振性能分析、無縫線路鋼軌振動特性諧響應(yīng)分析以及室內(nèi)實(shí)尺模型試驗(yàn)等方面進(jìn)行軌道結(jié)構(gòu)動態(tài)特性研究?；谲壍澜Y(jié)構(gòu)沿其縱向條帶狀分布的規(guī)則性，建立軌道元數(shù)值計(jì)算方法與軌道結(jié)構(gòu)空間分析模型。軌道元相當(dāng)于一段0.6m長軌枕間距的軌道截矩，包含一根軌枕及相應(yīng)鋼軌質(zhì)量、鋼軌扣件、墊層、道床及路基在內(nèi)的動力學(xué)特性；應(yīng)用

3、列車前后適時(shí)“增加與縮減”一個(gè)或多個(gè)軌道元的方法，進(jìn)行無限長軌道動態(tài)響應(yīng)分析計(jì)算。運(yùn)用車輛一軌道耦合動力學(xué)理論和軌道元數(shù)值計(jì)算方法，研究不同速度與不平順幅值下無縫線路焊接區(qū)迎輪錯(cuò)牙不平順對輪軌系統(tǒng)各部分動力性能影響，得到該類不平順作用下車輛和軌道結(jié)構(gòu)動態(tài)特性變化規(guī)律；針對既有線200km/h提速線路，通過各種中長波軌道不平順作用下車輛動力響應(yīng)對比分析，為提速線路制定軌道養(yǎng)護(hù)維修和不平順管理標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。無縫線路鋼軌作為軌道

4、結(jié)構(gòu)重要部件，其頻域和時(shí)域分析較為復(fù)雜。根據(jù)能量法和Timoshenko梁理論，運(yùn)用振型疊加法建立軸向載荷作用下無縫線路鋼軌諧響應(yīng)有限元模型，研究不同溫度力作用下及不同軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)影響下鋼軌振動特性，掌握其發(fā)展規(guī)律和變化特點(diǎn)，完善軌道結(jié)構(gòu)空間有限元分析。確定落軸沖擊問題的輪軌接觸條件，根據(jù)接觸一沖擊響應(yīng)的虛位移原理，將輪軌接觸邊界條件用罰函數(shù)法釋放，采用點(diǎn)面接觸單元導(dǎo)出輪軌接觸有限元控制方程，建立軌道結(jié)構(gòu)落軸沖擊動力有限元方

5、程，計(jì)算高速鐵路有碴軌道結(jié)構(gòu)落軸沖擊動態(tài)響應(yīng)，分析了采用軌下、枕下膠墊及道碴墊等不同隔振條件下軌道結(jié)構(gòu)動力性能變化，建議多層隔振系統(tǒng)應(yīng)具體設(shè)計(jì)與合理配置，才能改善高速線路綜合受力環(huán)境，緩和輪軌間劇烈的動力作用。運(yùn)用軌道激振器與落軸沖擊等實(shí)驗(yàn)手段，結(jié)合室內(nèi)實(shí)尺軌道模型，形成包括改變軌枕類型、枕間距、扣件類型、軌下與枕下膠墊、道碴墊及道碴密實(shí)度等測試工況，進(jìn)行軌道結(jié)構(gòu)動力特性分析。通過變換激振器激振頻率與落軸高度模擬不同列車速