高速鐵路車輛—道岔—橋梁耦合振動理論及應用研究.pdf

1、高速鐵路對線路的平順性要求嚴，高架橋、長大橋多為其主要特征，車站咽喉區(qū)位于橋梁上的可能性較普通鐵路大得多。作為限速關鍵設備的高速道岔鋪設于橋梁上，岔橋結構發(fā)生劇烈的動力相互作用，從而降低高速列車橋上過岔時的安全性與平穩(wěn)性。隨著我國客運專線和高速鐵路的建設，快速及高速行車條件下車輛與橋上道岔的動態(tài)相互作用問題成為亟需開展的基礎性課題之一。本文在參考國內(nèi)外車橋振動理論與道岔動力學研究資料的基礎上，將機車車輛、道岔區(qū)軌道與橋梁視為一個整體大系

2、統(tǒng)，以車輛動力學、道岔動力學、橋梁動力有限元方法為基礎，以岔區(qū)輪軌關系、岔橋關系為聯(lián)系紐帶，應用數(shù)值仿真的方法來研究高速行車條件下道岔區(qū)軌道及橋梁結構的動力特性、行車的安全性和平穩(wěn)性，為高速鐵路橋上無縫道岔的設計方案評估和參數(shù)優(yōu)化提供理論支撐。主要研究工作如下：
　　 1.建立車輛-道岔-橋梁耦合振動系統(tǒng)模型
　　 將機車車輛視為一個由懸掛彈簧和阻尼聯(lián)系起來的7剛體(1個車體、2個構架、4個輪對)振動系統(tǒng)，每個剛體具有點

3、頭、搖頭、側滾、沉浮和橫移5個自由度，整個車輛系統(tǒng)共有35個自由度。在綜合高速道岔結構特點的基礎上，建立起包含轉轍器、連接部分和轍叉三部分的完整道岔動力學模型，模型中考慮鋼軌截面型式變化、項鐵接觸傳力、間隔鐵高強聯(lián)結、滑床臺非線性支承等因素；將軌枕或支承塊視為剛體并考慮其垂向、橫向及轉動自由度，無砟軌道板的垂向振動按彈性地基上的等厚度矩形薄板考慮，而橫向視為剛體運動。運用動力有限元方法將橋梁結構離散化。
　　 2.詳細論述車輛-

4、道岔-橋梁動態(tài)相互作用原理并建立相應分析理論、編制通用計算程序DATTB
　　 綜合應用道岔區(qū)多變的輪/岔接觸幾何關系、輪軌Hertz非線性彈性接觸理論、輪軌蠕滑理論、岔橋相互作用關系，詳細論述了車輛-道岔-橋梁動態(tài)相互作用原理。以高速道岔結構及狀態(tài)不平順作為系統(tǒng)的主要激振源，根據(jù)離散系統(tǒng)動力問題的Hamilton變分原理和“對號入座”法則建立起車-岔-橋耦合振動分析理論，并編制出相應動力學仿真通用程序DATTB。
　　

5、 3.高速鐵路岔橋結構運用安全性以及行車平穩(wěn)性評估標準探析
　　 提出以列車橋上過岔的安全性及平穩(wěn)性、道岔與橋梁的強度和穩(wěn)定性作為橋上道岔的動力評估準則，對國內(nèi)外有關機車車輛、道岔及橋梁的動力學性能評價指標，如輪軌垂、橫向力、輪軸橫向力、尖軌及心軌開口量、尖軌及心軌動應力、脫軌系數(shù)、輪重減載率、車體振動加速度、平穩(wěn)性指標、橋梁撓度、橋梁自振頻率、橋梁橫向振幅、橋梁振動加速度等進行了歸納整理。
　　 4.車-岔-橋耦合振動

6、試驗研究
　　 應用DATTB對浙贛線湄池特大橋上200km/h提速改進型60kg/m鋼軌12號有砟道岔進行動力學評估，通過仿真結果與實測結果的對比分析，驗證了DATTB的可靠性。同時，橋上道岔與路基上道岔的動測結果對比分析表明，橋上道岔區(qū)輪軌動力相互作用遠較普通路基上道岔區(qū)強烈。
　　 5.高速車輛與橋上道岔的動態(tài)相互作用規(guī)律研究
　　 系統(tǒng)研究車輛、道岔和橋梁的各種可變因素對車-岔-橋耦合振動的影響，揭示出高

7、速車輛與橋上道岔的動態(tài)相互作用規(guī)律，并提出了高速鐵路橋上無縫道岔動力設計指導原則。優(yōu)化的道岔區(qū)輪軌關系和軌道剛度、合理的橋梁豎向剛度和岔橋相對位置是保證高速列車橋上過岔安全性與平穩(wěn)性的關鍵。
　　 6.車輛-道岔-橋梁耦合振動理論的工程應用
　　 以鄭西客運專線無砟軌道多種跨度布置連續(xù)梁橋上鋪設法國COGIFER時速350公里18號道岔和廈深客貨混跑鐵路有砟軌道(48+2×80+88+48)m連續(xù)梁橋上鋪設中國自主研發(fā)的