列車荷載作用下高速鐵路道岔振動疲勞特性研究

《列車荷載作用下高速鐵路道岔振動疲勞特性研究》是依託北京交通大學，由辛濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：列車荷載作用下高速鐵路道岔振動疲勞特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：辛濤
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

道岔是影響列車速度和運行安全的關鍵設備之一，在高速鐵路中占有十分重要的地位。隨著我國高速鐵路的大規模運營，在高速列車荷載的循環衝擊作用下，道岔結構的振動疲勞問題勢必會逐漸凸顯出來，很有必要進行前瞻性的研究。由於我國高速鐵路投入運營的時間較短，道岔結構的振動疲勞問題尚不明顯，未能引起廣泛關注，這方面的研究還很不充分。.本項目在借鑑已有研究成果的基礎上，建立高速鐵路列車-道岔系統振動分析模型，研究列車荷載下道岔結構的振動回響，確定其疲勞敏感部位。對道岔結構敏感部位振動回響進行循環計數處理，然後根據疲勞壽命曲線和疲勞累積損傷理論進行疲勞壽命分析。進而對道岔結構關鍵設計參數的影響規律進行分析，對道岔結構不同程度疲勞損傷後列車-道岔系統的動力性能進行評估，提出高速鐵路道岔低疲勞設計和養護維修建議。.本項目旨在提出高速鐵路道岔結構振動疲勞壽命分析方法，揭示其振動疲勞損傷演化規律，彌補相關研究的不足。

結題摘要

道岔是影響高速鐵路運行安全、舒適的關鍵軌道設備，在鐵路基礎設施中占有十分重要的地位。針對高速列車荷載作用下道岔出現的振動疲勞問題，本項目從現場調研、室內測試、理論分析等方面開展研究，完成了研究計畫制定的任務。完成情況和成果概述如下：（a）現場調研方面，在京滬、滬寧、滬杭等高鐵線路進行了道岔服役狀態的調研分析，對道岔區鋼軌、扣件、軌道板等部件的損傷、病害情況進行了歸類和總結。相對普通區間，道岔區病害相對突出，尤其是轍叉區，心軌磨耗、軌道板脫空等病害較為典型。（b）室內測試方面，利用疲勞測試設備模擬列車移動荷載，對軌道板的疲勞壽命進行了測試分析。在軌道板表面和內部設定位移、應變、應力等感測器，測試分析了長期疲勞荷載作用下軌道部件受力狀態、軌道系統剛度的變化情況。在300萬次疲勞載入過程中，試驗用軌道板變形、混凝土應變、鋼筋應力均小於允許值，而且軌道系統動剛度基本保持穩定。（c）理論分析方面，掌握了列車荷載作用下道岔結構的振動疲勞分析方法，獲得了道岔結構參數對疲勞壽命的影響規律，提出了道岔區疲勞控制和養護維修建議。首先，基於車輛-道岔耦合動力分析方法，利用自研發的仿真分析平台FORSYS，建立了高速鐵路列車-無砟道岔耦合系統動力分析模型。然後，仿真獲得了列車通過道岔時輪軌作用力、道岔動應力等動力回響，並確定了道岔區的振動疲勞敏感部位。進而，對道岔結構敏感部位振動回響進行循環計數處理，根據疲勞壽命曲線和疲勞累積損傷理論進行了疲勞壽命的估算和分析。最後，對損傷條件下列車-道岔系統的動力性能進行了評估。本項目研究探討了高速鐵路道岔結構疲勞損傷演化規律，可為完善我國高速鐵路道岔疲勞設計方法、最佳化道岔養護維修策略和延長道岔結構使用壽命提供一定的理論指導。