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原文传递轨道板上拱对CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的力学特性影响研究

论文题名：	轨道板上拱对CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的力学特性影响研究
关键词：	CRTSⅡ型板式无砟轨道;轨道板上拱病害;力学特性;静荷载;有限元模型
摘要：	CRTSⅡ型板式无砟轨道是我国无砟轨道结构的主要形式之一，自铺设运营以来，整体运营状态良好。但是无砟轨道结构各组成部分会在列车动荷载、温度等环境因素的长期作用下，不可避免的产生各种各样的病害。近几年，在极端气候影响下 CRTSⅡ型板式无砟轨道因其特有的纵连结构形式，导致轨道板上拱病害频发，轨道板上拱会严重影响列车运行的平稳性和安全性、对轨道结构的力学特性造成很大影响，并且严重限制了列车的行车速度。因此，研究轨道板上拱对 CRTSⅡ型板式无砟轨道结构力学特性的影响有着重要的现实意义。　　本文依据轨道结构静力学计算理论和车辆-轨道耦合动力学理论，运用有限元软件分别建立了轨道结构的静力分析模型和车辆-轨道耦合系统动力分析模型。使用已建立的轨道结构静力分析模型，研究了静荷载作用下轨道板上拱幅值和波长对轨道结构垂向位移及应力的影响规律。通过建立带有轨道板上拱伤损的 CRTSⅡ型板式无砟轨道有限元模型，研究了轨道板上拱对车辆-轨道耦合系统动力响应的影响规律。主要研究结论如下：　　（1）静荷载作用下，钢轨垂向位移、轨道板垂向位移、轨道板纵向应力和 CA 砂浆层应力，均随着轨道板上拱幅值的增大而增大，随着轨道板上拱波长的增大而减小。其中，轨道板纵向拉压应力最大值和 CA 砂浆层拉压应力最大值随轨道板上拱幅值和波长的变化较大，过大的拉应力变化会对轨道板和砂浆层造成破坏，容易引发各种轨道结构病害，所以要避免轨道板上拱现象的发生。　　（2）车辆动荷载作用下，车辆-轨道系统的动力响应在所研究的取值范围内随轨道板上拱幅值的增大而增大，随轨道板上拱波长的增大而减小。轨道板上拱幅值对车体垂向加速度、轮轨垂向力、钢轨垂向加速度和位移、轨道板垂向加速度和位移以及轮重减载率的影响较大，对车体横向加速度、轮轨横向力和脱轨系数的影响较小。轨道板上拱波长对车体垂向加速度、轮轨垂向力、钢轨垂向加速度和位移、轨道板垂向加速度和位移以及轮重减载率的影响较大，对车体横向加速度、轮轨横向力和脱轨系数的影响较小。通过高速铁路客车的动力学性能评价指标可知：轨道板上拱波长为0.5m和1m时，上拱幅值的极限宜为3mm；轨道板上拱波长为1.5m时，上拱幅值的极限宜为 4mm；轨道板上拱波长为 2m、3.25m、5m 和 6.45m 时，上拱幅值的极限宜为6mm。轨道板上拱状态下，车辆-轨道系统的动力响应随着行车速度的增加有明显的增大。　　（3）通过建立带有多处轨道板上拱伤损的 CRTSⅡ型板式无砟轨道有限元模型，分析了轨道板上拱数量、间距以及行车速度对车辆-轨道系统动力响应的影响规律，并对轨道板上拱数量和间距提出了参考建议。分析结果表明：多处轨道板上拱情况下，轨道板上拱数量对车体垂向加速度影响很大；对轮轨垂向力、轮重减载率、钢轨和轨道板垂向加速度影响较小；对车体横向加速度、轮轨横向力、脱轨系数和钢轨及轨道板的垂向位移基本没有影响。轨道板上拱间距对车体垂向加速度影响很大；对轮轨垂向力、轮重减载率的影响较大；对车体横向加速度、轮轨横向力、脱轨系数、钢轨和轨道板的垂向加速度以及位移影响较小。建议短距离内避免出现轨道板多处上拱的情况，或者轨道板上拱间距不应小于 13m。多处轨道板上拱状态下，车辆-轨道系统的动力响应随着行车速度的增加有明显的增大。
作者：	范祥辉
专业：	道路与铁道工程
导师：	李斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022