道岔区板式无砟轨道层间离缝影响分析与维修限值研究

摘要

道岔是高速铁路线路的重要组成部分，是使车辆由一股轨道转入另一股轨道的设备，实现了不同线路间的跨越。 在道岔的服役期间，难免会出现各种伤损，影响道岔结构的受力与行车安全，层间伤损是最常见的伤损形式。本文分析了道岔板与底座板之间的不规则离缝对道岔结构受力和轮轨系统动力特性的影响进行，并提出了道岔板与底座层间离缝的维修标准。本文针对道岔区板式无砟轨道层间离缝进行研究，主要包括以下研究内容和结论： （1）现场调研表明，道岔结构底座的伤损主要分为混凝土自身伤损、层间界面伤损和施工缺陷三类，通过对伤损的分析，为解释伤损产生的原因和发展机理提供了参考。对道岔底座板质量影响最大的因素为施工浇筑质量，若施工质量控制不当，板边则易产生离缝，提高施工质量是保持底座板长期耐久的基本途径。 （2）运用有限元软件建立板式无砟道岔静力学计算模型，用非线性弹簧实现不同离缝高度的模拟，运用分形模拟离缝的不均匀边界，考虑在列车静荷载与温度梯度单独或者耦合作用下，针对不同大小、不同形状的离缝对道岔结构受力影响进行分析。 分析表明：板端受离缝的影响最大，其次是板边离缝，最后是板角离缝和板中离缝。板角离缝面积超过0.3m2时，道岔板应力超过混凝土开裂应力。板中离缝对道岔结构影响较小。当板端通长离缝长度超过 0.8m、离缝高度大于 2mm 时；当板边通宽离缝长度超过 0.6m、离缝高度超过 2mm 时，道岔板的纵向拉应力达到正常状态的数倍并超过道岔板混凝土开裂应力。 （3）基于轮轨系统动力学理论，运用有限元分析软件，建立车辆-板式道岔垂向耦合振动模型，分析了不同形状、大小的离缝对轨道系统垂向动力特性的影响。离缝形成了轨道动态不平顺，加剧系统振动，降低行车平顺性与安全性，板端离缝对轨道结构的影响最为不利，当离缝较大时，由离缝引起的轨道动态不平顺起主导作用，最大轮轨垂向力、道岔结构相对位移、道岔板加速度与轮对加速度急剧增加，在列车荷载循环作用下，将会加快层间离缝发展、加快道岔部件的伤损，降低行车的平稳性与安全性。 分析表明，板角离缝对轨道结构影响较小，道岔结构动力响应主要是来源于钢轨自身不平顺。当板端的离缝长度大于0.4 m ~0.8m时，轮对加速度、道岔结构相对位移有明显增加，道岔板的垂向相对位移与加速度增大必然会加速道岔结构损伤。当板边离缝超过0.6m，即离缝超过轨下，道岔系统动力响应急剧增加，影响道岔结构列车过岔的平顺性与安全性。 （4）结合维修理论和伤损特征，分别对板角离缝、板中离缝、板端通长离缝、板边通宽离缝维修等级划分为I级、II级、III级三个等级，按照离缝长度l、离缝高度h与和离缝宽度b分别三个指标提出了维修限值。

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