制動荷載作用下橋上無砟軌道動力特性分析.pdf

1、隨著高速鐵路的快速發(fā)展，橋上無砟軌道無縫線路得到越來越多的應(yīng)用，高速列車在橋上行車的安全性，以及軌道、橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性成為學(xué)者研究的熱點問題。橋上無砟軌道無縫線路在列車荷載、制動荷載共同作用下的受力和變形特性尚缺乏足夠的理論研究。因此，研究制動荷載作用下橋上無砟軌道動力響應(yīng)問題，對橋上無砟軌道設(shè)計、運營養(yǎng)護具有重要的指導(dǎo)意義，可為高速列車在橋上運行的安全性和軌道、橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。本文從建立高速列車-無砟軌道-橋梁

2、縱豎向耦合系統(tǒng)動力分析模型入手，對車輛子系統(tǒng)和無砟軌道-橋梁子系統(tǒng)縱豎向動力響應(yīng)進行了研究，為今后開展該領(lǐng)域的深入研究提供較強的參考價值。
　　根據(jù)高速列車-無砟軌道-橋梁動力相互作用的特點，提出了車輛單元和無砟軌道-橋梁單元，運用有限元方法和Lagrange方程，分別建立了高速列車-無砟軌道-橋梁縱豎向耦合系統(tǒng)動力分析模型，整個模型包括車輛子系統(tǒng)模型和無砟軌道-橋梁子系統(tǒng)模型兩部分，兩者之間通過輪軌關(guān)系耦合。根據(jù)列車制動減速度特

3、性曲線特點確定制動力的大小，運用Hertz理論求解輪軌力，運用交叉迭代算法，利用MATLAB編制計算程序，分別求解兩個系統(tǒng)的數(shù)值微分方程。
　　以4節(jié)編組的CRH2型動車組在橋上無砟軌道緊急制動為例，計算結(jié)果表明，軌道、橋梁結(jié)構(gòu)的縱豎向位移和加速度均逐層遞減，梁端處軌道結(jié)構(gòu)的豎向振動比跨中處大；列車制動過程中列車速度逐漸減小引起軌道結(jié)構(gòu)的豎向動力響應(yīng)也減?。涣熊囃＼嚭?，軌道結(jié)構(gòu)和橋梁的縱向位移反向突變、縱向加速度突變，隨后都有自由

4、衰減的趨勢；列車停車瞬間，列車和橋梁出現(xiàn)縱向最大振動。研究成果可為橋上無砟軌道的設(shè)計提供理論支持。
　　針對算例，運用計算程序，全面分析行車速度、輪軌摩擦系數(shù)、墊板彈性系數(shù)和CA砂漿彈性系數(shù)對兩個子系統(tǒng)豎向和縱向動力響應(yīng)的影響，得到以下結(jié)論：（1）行車速度對兩個系統(tǒng)的豎向和縱向動力響應(yīng)影響顯著，尤其對無砟軌道-橋梁子系統(tǒng)的加速度影響較大，其峰值呈倍數(shù)增長，但制動停車時對兩個系統(tǒng)的豎向振動基本沒有影響，卻對縱向振動影響逐漸增大，因此

5、合理控制車速有利于提高行車穩(wěn)定性和軌道、橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；（2）輪軌摩擦系數(shù)對車輛子系統(tǒng)和無砟軌道-橋梁子系統(tǒng)縱向動力響應(yīng)影響很明顯。隨著輪軌摩擦系數(shù)的增大，車體、轉(zhuǎn)向架、車輪縱向加速度以及縱向輪軌力也逐漸增大，跨中和梁端處軌道、橋梁結(jié)構(gòu)的縱向位移和縱向加速度也逐漸增大。列車停車瞬間，隨著輪軌摩擦系數(shù)的增大，車輛子系統(tǒng)和無砟軌道-橋梁子系統(tǒng)縱向動力響應(yīng)也逐漸增大；（3）針對不同墊板彈性系數(shù)和CA砂漿彈性系數(shù)，計算了車輛子系統(tǒng)和無砟軌道-橋