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原文传递北京地铁钢轨波磨的机理及整治方案研究

论文题名：	北京地铁钢轨波磨的机理及整治方案研究
关键词：	轨道交通;钢轨波磨;振动测试;几何特征;动力响应
摘要：	钢轨波磨是指在钢轨走行带表面出现的像波浪一样规律性凸、凹不平的不均匀磨耗现象。世界上约40％的轨道结构都会产生波磨的危害，高昂的维修养护成本和重大安全隐患让钢轨波磨问题成为世界轨道交通界亟待解决的问题。由于其影响因素众多，持续了近百年的钢轨波磨的研究至今仍然是一个充满了挑战的难题。　　随着我国城市轨道交通的迅猛发展，钢轨波磨问题在新开通运营线路上大规模爆发。在北京市科学技术委员会项目“北京轨道交通减少异常波磨的综合减振技术研究”(Z101106000410004)、北京市交通委员会项目“北京轨道交通异常磨耗调查及治理措施实验研究”(C12100021)基金的支持下，经过近七年的深入研究，相关研究成果已陆续在国内外公开发表，并在北京地铁钢轨波磨整治的实际应用中得到验证，其核心研究成果形成了本文的主要内容，具体阐述如下: 　　(1)本文结合北京城市轨道交通面临的实际问题，对文献进行了回顾和梳理，涵盖了钢轨波磨问题的研究历史及研究现状、钢轨波磨的分类、钢轨波磨发生的机理假说、钢轨波磨的治理措施以及各国城市轨道交通中出现的钢轨波磨的典型案例等; 　　(2)为明确钢轨波磨几何特征以及评价钢轨波磨的发展提供有效的数据支持，本文引入波磨精确测量及评价方法，并将其应用于北京地铁钢轨波磨的研究及整治工作中; 　　(3)经过大规模现场调研统计、钢轨波磨特性测试、运营条件下轨道动力响应现场测试、轨下支点结构静力特征试验室实验、钢轨频率响应特征试验室实验、钢轨阻尼特征实验室实验、轨道动力响应特性解析模型分析、轮对动力响应特性数值分析等工作，明确了北京地铁钢轨波磨的特征、导致钢轨波磨发生及发展的主要影响因素; 　　(4)针对导致钢轨波磨的本质，对在波磨发生阶段诱发具有特征波长波磨现象的机理进一步分析，提出了轨下支点结构模态诱导型钢轨波磨发生的机理假说:当受轨下支点结构模态影响的钢轨模态频率与轮对的反共振频率相吻合时，将激发轨道及车辆轮对系统在该频率范围内的剧烈相互作用，造成轮轨接触面上材料的磨耗损伤，在反馈-循环机制下，最终形成与轨下支点结构模态频率相对应的具有某种特征波长的钢轨波磨现象; 　　(5)基于本文提出的钢轨波磨的发生机理，提出了改变轨下支点的结构模态刚度和阻尼两种措施，并对两个整治试验段的波磨发展情况分别进行了长达一年的波磨发展跟踪测试，验证了两种整治措施的有效性。　　本文所研究的钢轨波磨问题是我国城市轨道交通在快速发展过程中所遇见的新问题，与其他国家遇到的波磨问题相比，北京地铁爆发的钢轨波磨也具有显著的特殊性，以此为背景开展针对性的研究具有理论和工程应用创新。经过系统的研究，本文取得的创新性研究成果如下: 　　(1)在轨道结构动力解析中，采用随频率变化的轨道刚度计算方法，发现了轨下支点结构模态对钢轨动力响应的重要影响以及对钢轨波磨特征波长的决定性作用; 　　(2)提出了轨下支点结构模态诱导型钢轨波磨机理假说，丰富了世界钢轨波磨的理论; 　　(3)为整治北京地铁剪切型减振器地段的钢轨波磨，根据理论分析结果，提出了改变轨下支点的结构模态刚度和阻尼两种措施，并进行了试验线铺设，验证了理论假说的正确性; 　　(4)提出了北京地铁波磨的测量及评价方法，并应用于《北京地铁针对钢轨异常波磨的维修指导书》。
作者：	张厚贵
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	刘维宁
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文