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路基上旭普林无砟轨道系统竖向动力响应研究

何晓敏  
【摘要】: 随着我国高速铁路客运专线和城市轨道交通的快速发展,无砟轨道以稳定性高、维修工作量显著减少和技术相对成熟等特点得到较快发展,对无砟轨道的动力分析显得尤为必要。本文以我国客运专线用路基上旭普林无砟轨道系统作为研究对象,将列车、轨道视为一个整体系统,建立了列车一轨道竖向耦合振动计算模型。 本文根据路基上旭普林无砟轨道系统的特点将其离散成20个自由度的轨道—路基系统竖向振动分析有限单元的集合,取相邻两扣件间的轨道为一个轨段单元,其中钢轨被模拟成连续弹性离散点支承的Euler梁,轨道垫层(扣件系统)模拟为线弹簧和阻尼器,BTS层(轨道板)和HGT层(混凝土底座)视为刚性连接,在模型中作为弹性薄板来处理,路基模拟为线性均布面弹簧和阻尼器。把车辆模拟成6个自由度的多刚体系统模型。应用弹性系统动力学总势能不变值原理和形成矩阵的“对号入座”法则建立了列车—轨道系统竖向振动矩阵方程,并编制了相应的Fortran计算程序。 根据建立的无砟轨道竖向自由振动分析模型,运用子空间迭代法对旭普林无砟轨道系统进行了自振分析,列出了前五阶竖向自振频率和振型图。自振分析检验了前面建立的轨道振动分析模型的正确性。以路基上无砟轨道系统特有的竖错不平顺作为激振源,本文对旭普林无砟轨道系统的竖向振动响应进行了分析,并列出了部分系统竖向振动响应的时程曲线图,直观地表现了路基上旭普林无砟轨道结构的动力学特性。应用模型进行了: (1)旭普林无砟轨道的主要参数对系统振动响应的分析,主要包括双块式轨枕间距、轨道板厚度、路基刚度等参数对钢轨、轨道板、车体竖向振动加速度、轮轨相互作用力的影响的研究,并对这些参数进行合理取值,综合考虑:双块式轨枕间距在0.6m—0.7m之间比较合理,BTS层厚度在0.24m左右比较合理,路基刚度宜在6×10~8N/m~8×10~8N/m范围内,路基不均匀沉降应控制在20mm/20m(>200km/h)、10mm/20m(>250km/h)内。这些结论有利于路基上旭普林无砟轨道的结构设计。 (2)分析了旭普林无砟轨道上轨道高低、水平、竖错、扭曲等不平顺对高速行车的影响,从安全性和舒适性角度提出了250km/h速度域路基上无砟轨道常见竖向几何不平顺限值的建议值。 建立了高速铁路路基上24自由度有砟轨道与20自由度旭普林无砟轨道连接段模型,探讨分析了两种轨道连接处由于行车速度、不平顺度、轨道刚度比的改变对列车—轨道系统的动力影响。总结了我国铁路中无砟轨道与有砟轨道连接处轨道结构设计方案。


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