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原文传递复杂荷载条件下道岔区无砟轨道结构疲劳寿命分析

论文题名：	复杂荷载条件下道岔区无砟轨道结构疲劳寿命分析
关键词：	高速铁路;道岔区;无砟轨道;疲劳损伤;荷载作用
摘要：	针对高速铁路道岔区无砟轨道结构的疲劳损伤问题，本文提出了一种道岔区无砟轨道结构疲劳寿命的分析方法，估算了复杂荷载作用下道岔区无砟轨道结构的疲劳寿命，揭示了道岔区无砟轨道结构的疲劳寿命演化规律，为道岔区工务养护维修策略的制定提供一定的理论参考。主要的研究成果如下: 　　(1)提出了一种道岔区无砟轨道结构疲劳寿命的分析方法。首先，利用自主开发的反映车轨刚柔耦合特征的协同仿真平台，建立了高速列车-道岔-无砟轨道动力学模型，分析了轨道结构的动力响应，验证了模型的准确性，并基于仿真结果确认了道岔区无砟轨道结构的疲劳敏感位置;然后，针对疲劳敏感位置，建立了相应的疲劳分析模型，计算得到了轨道结构的应力、应变时程曲线;最后，结合雨流计数法和疲劳相关理论，对轨道结构的疲劳寿命进行了估算。　　(2)通过对列车直向过岔时的轮轨垂向力进行统计分析，确认了道岔区无砟轨道结构的疲劳敏感位置。辙叉区轮轨力剧烈波动，出现轮轨力最大值，无砟轨道结构位移变形较大;辙叉区心轨、弹条和轨道板为疲劳敏感部件，与文献调研结果吻合。　　(3)通过对心轨进行疲劳分析，研究了心轨的疲劳寿命演化规律。心轨的疲劳寿命受轮轨力大小和钢轨廓形的共同影响，钢轨轨头表面疲劳寿命最小;车速的提升利于心轨疲劳寿命的延长;轨道不平顺对心轨疲劳寿命不利;轨道板温度梯度、扣件刚度折减以及轨道板支承刚度折减对钢轨疲劳寿命无明显影响。　　(4)通过对弹条进行疲劳分析，研究了弹条的疲劳寿命演化规律。弹条的疲劳寿命受扣件系统垂向位移和扣压力的共同影响，弹条外臂靠近铁垫板弯折处疲劳寿命最小;随着扣件支承刚度失效程度的增大，其自身弹条和沿着行车方向两个扣件的弹条疲劳寿命急剧降低;随着弹条扣压力的增大，疲劳寿命急剧下降;列车速度、轨道板温度梯度、轨道不平顺和轨道板支承刚度折减对弹条疲劳寿命无明显影响。　　(5)通过对轨道板进行疲劳分析，研究了轨道板的疲劳寿命演化规律。轨道板疲劳寿命受位移变化量和初始应力的共同影响，扣件位置处疲劳寿命最小;实际运营中，轨道板预压应力完全可以抵消温度产生的拉应力，轨道板疲劳寿命远远高于设计寿命;随着扣件支承刚度失效程度的增大，轨道板应力幅逐渐增大，疲劳寿命急剧下降;列车速度、轨道不平顺和轨道板支承刚度折减对轨道板疲劳寿命无明显影响。　　(6)根据道岔区无无砟轨道结构的疲劳寿命演化规律，提出了一些关于道岔区养护维修的建议。心轨应该进行预打磨;扣件系统发生支承刚度下降的病害时，应及时进行维护，若因此导致弹条折断，建议同时更换两侧各2个扣件的弹条，若其它原因导致弹条折断，仅更换折断弹条即可;对增大轨道板应力幅的病害，应及时加以控制。
作者：	杨学敏
专业：	交通运输工程
导师：	辛涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文