高速铁路板式轨道结构缺陷对动力学性能的影响分析

论文摘要

随着高速铁路和城市轨道交通的迅猛发展,无砟轨道因其具备稳定性好、维修工作量少等特点在高速铁路中得到广泛应用。但由于受到生产工艺、施工技术等条件的限制,高速铁路无砟轨道线路难免会出现扣件失效、路基不均匀沉降、轨道板竖错、钢轨焊接不平顺、水泥沥青砂浆碎裂等轨道结构缺陷,从而影响到轨道结构的使用寿命及高速行车的安全性和平稳性。因此,探明无砟轨道结构缺陷对轮轨系统动力学性能的影响具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以高速铁路板式无砟轨道为研究对象,基于车辆-轨道垂向耦合动力学理论,应用有限元软件ANSYS和APDL建立了高速列车车辆-板式轨道垂向耦合动力学模型,并依据此模型对轨道结构缺陷对轮轨系统动力学性能的影响进行了仿真分析。（1）钢轨扣件失效。结果表明：车辆通过单个扣件失效轨道段时,失效扣件处的轮轨动力作用显著增大；连续失效扣件越多,轮轨动力作用越强；随着车速的提高,失效扣件对板式轨道的动力学性能影响不断增大。（2）路基不均匀沉降。结果表明：路基不均匀沉降主要影响到轨道板的振动加速度和水泥沥青砂浆层；随着行车速度的提高,路基不均匀沉降对轨道结构及轨道各部件的破坏作用不断增大；沉降幅值越大,轨道结构的振动越剧烈。（3）轨道板竖错不平顺。结果表明：竖错不平顺对轨道的动力学性能影响很大,因此要对其严格控制；轮轨动力作用随着行车速度的提高、竖错不平顺幅值的增大而增大；钢轨形变影响范围的缩小会导致轮轨冲击显著增大。（4）钢轨焊接接头不平顺。结果表明：钢轨焊接接头不平顺对轨道造成的影响主要表现为轮轨冲击作用；随着不平顺幅值的增大,轮轨间动力作用会急剧增长。（5） CA砂浆劣化导致的轨道板脱空。结果表明：水泥沥青砂浆层劣化对板式轨道有着很大的影响,主要表现为轨道振动加速度的增大；水泥沥青砂浆层劣化若不及时修复,将导致劣化范围迅速扩展,极大缩短水泥沥青砂浆层的使用寿命。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 无砟轨道技术特点
• 1.2 无砟轨道的发展概况
• 1.3 无砟轨道结构缺陷的主要类型
• 1.4 本文研究的主要内容及方法
• 第2章 高速铁路车辆-板式无砟轨道垂向耦合系统动力学模型
• 2.1 高速车辆垂向动力学模型及运动方程
• 2.2 板式轨道有限元模型及计算参数
• 2.2.1 实体单元
• 2.2.2 空间梁单元
• 2.2.3 弹簧阻尼单元
• 2.2.4 轮轨垂向相互作用
• 2.2.5 数值积分方法
• 2.2.6 板式无砟轨道有限元模型
• 第3章 扣件失效对板式轨道动力学性能的影响
• 3.1 扣件失效的模拟方法
• 3.2 计算方案及计算分析
• 3.2.1 计算方案
• 3.2.2 单个扣件失效的计算分析
• 3.2.3 两个扣件失效的计算分析
• 3.2.4 扣件失效的速度效应分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 路基不均匀沉降对板式轨道动力学性能的影响
• 4.1 路基不均匀沉降的模拟方法
• 4.2 计算方案及计算分析
• 4.2.1 计算方案
• 4.2.2 路基不均匀沉降路段与正常路段的计算分析
• 4.2.3 路基不均匀沉降路段的速度效应分析
• 4.2.4 路基不均匀沉降路段不同沉降幅值的计算分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 轨道板竖错对板式轨道动力学性能的影响
• 5.1 板式轨道竖错不平顺的模拟方法
• 5.2 计算方案及计算分析
• 5.2.1 计算方案
• 5.2.2 轨道板竖错不平顺路段与正常路段的计算分析
• 5.2.3 轨道板竖错不平顺路段的速度效应分析
• 5.2.4 轨道板竖错不平顺路段不同沉降幅值的计算分析
• 5.2.5 轨道板竖错不平顺路段不同钢轨形变影响范围的计算分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 钢轨焊接接头不平顺对板式轨道动力学性能的影响
• 6.1 钢轨焊接接头不平顺的模拟方法
• 6.2 计算方案及计算分析
• 6.2.1 计算方案
• 6.2.2 钢轨焊接接头不平顺与平顺轨面的计算分析
• 6.2.3 钢轨焊接接头不平顺的速度效应分析
• 6.2.4 钢轨焊接接头不平顺幅值的计算分析
• 6.3 本章小结
• 第7章 水泥沥青砂浆层劣化对板式轨道动力学性能的影响
• 7.1 水泥沥青砂浆层劣化的模拟方法
• 7.2 计算方案及计算分析
• 7.2.1 计算方案
• 7.2.2 水泥沥青砂浆层劣化路段和正常路段的计算分析
• 7.2.3 水泥沥青砂浆层劣化路段的速度效应分析
• 7.2.4 水泥沥青砂浆层劣化范围影响分析
• 7.2.5 水泥沥青砂浆层劣化位置影响分析
• 7.3 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加科研项目情况