TLV加载参数优化及轨道结构动态特征识别方法研究

摘要

线路工程是高速、重载铁路安全畅通的基础，在复杂气候条件、高频列车荷载往复作用及复杂下部基础和地质条件等影响下，轨道结构不断劣化，线路整体刚度、稳定性等将产生不可控的变化，严重影响铁路正常服役性能。因此，在我国铁路大规模、快速修建达到一定阶段的形势下，迫切需求开展线路整体研究，及时检测、评估线路的力学服役状态。
　　加载试验是开展线路整体结构研究最重要的环节之一，我国基于移动式轨道加载试验车（Track Loading Vehicle，简称TLV）的相关测试工作正有序开展。目前，对TLV移动加载及定点加载关键参数的合理取值尚不明确，严重影响了加载测试结果的精确性和可靠性;同时，对于测试后如何识别轨道薄弱区段或其不良状态结果特征的分析方法还未确立，不能高效、科学的发挥TLV在新建和既有线的施工检查、维修作业中的重要作用。因此，为有效指导我国TLV下一步的具体应用工作，对上述问题进行深入研究尤为必要。本文主要工作和成果如下:
　　(1)建立了TLV-轨道-路基空间耦合动力学模型及TLV定点振动分析模型。
　　针对国内外TLV理论仿真研究的不足，借鉴现有的车轨耦合协同仿真技术建立了TLV-高速无砟/重载有砟轨道空间耦合动力学模型，采用有限元精细建模的方法建立了高速无砟/重载有砟轨道振动分析模型。模型解决了对轨道施加移动恒载与车体同步减载这一难题。
　　(2)提出了TLV关键加载参数合理取值建议。
　　基于现场测试需求，通过动力学理论分析加载过程中不同轨道部件的动态特性，提出了TLV检测轨道结构刚度时合理的移动速度、移动加载力等加载参数的取值建议;研究了定点加载时TLV的敏感加载频率，现场加载时应着重注意或避开这些频率。
　　(3)研究了轨道结构参数对TLV移动加载下轨道结构动态特性的影响规律。
　　基于实际应用需求，分析了TLV移动加载条件下轨道结构参数变化对轨道结构动力特性影响规律，指出了不同轨道结构部件的动态特性对于移动加载下轨道结构参数变化的敏感程度不同，为现场TLV的测试与应用提供了理论依据。
　　(4)提出了利用TLV加载识别轨道结构不良状态的分析方法。
　　通过研究TLV移动加载通过轨道薄弱区段的动力响应规律，结合现场TLV测试功能与要求，提出了TLV移动加载下高速铁路无砟轨道路基沉降、扣件失效和砂浆离缝，重载有砟轨道轨枕空吊、道床板结、道床高度不足或过厚和扣件失效等轨道结构不良状态的识别方法建议。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外TLV发展现状

1．2．1 美国轨道加载车

1．2．2 日本轨道加载车

1．2．3 瑞典轨道加载车

1．2．4 我国轨道加载车的研制

1．3 国内外轨道结构力学不良状态理论研究现状

1．3．1 轨道结构动力学发展概况

1．3．2 基于车轨耦合动力学的轨道力学不良状态研究现状

1．4 研究内容及思路

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 研究思路

1．5 本文的创新之处

2 TLV动力学空间耦合实体有限元模型及振动模型的建立

2．1 TLV-轨道结构-路基耦合动力学模型的建立

2．1．1 移动加载装置模型的建立

2．1．2 TLV整车模型的建立

2．1．3 接触模型的建立

2．1．4 轨下模型的建立

2．2 TLV定点振动分析模型

2．2．1 高速无砟轨道结构振动分析模型

2．2．2 重载有砟轨道振动分析模型

2．3 计算参数

2．3．1 TLV主要加载参数

2．3．2 TLV车体模型参数

2．3．3 轨道结构模型参数

2．4 模型可靠性验证

2．5 本章小结

3 TLV移动加载关键参数的取值研究

3．1 高速铁路无砟轨道移动加载关键参数的取值研究

3．1．1 合理移动加载速度分析

3．1．2 合理移动加载力分析

3．2 重载有砟轨道移动加载关键参数的取值研究

3．2．1 合理移动加载速度分析

3．2．2 合理移动加载力分析

3．3 移动垂向恒载作用下横向加载力的取值研究

3．3．1 高速铁路无砟轨道横向加载分析

3．3．2 重载有砟轨道横向加载分析

3．4 本章小结

4 TLV定点加载关键参数取值研究

4．1 定点垂向动载

4．1．1 高速铁路无砟轨道垂向敏感频率分析

4．1．2 重载有砟轨道垂向敏感频率分析

4．2 定点横向动载

4．2．1 高速铁路无砟轨道横向敏感频率分析

4．2．2 重载有砟轨道横向敏感频率分析

4．3 本章小结

5 TLV移动加载下轨道结构参数改变对其动态特性影响研究

5．1 高速铁路无砟轨道结构参数改变对其动态特性影响研究

5．1．1 扣件刚度影响分析

5．1．2 扣件阻尼影响分析

5．1．3 CA砂浆弹性模量影响分析

5．2 重载有砟轨道参数改变对其动态特性影响研究

5．2．1 扣件刚度影响分析

5．2．2 扣件阻尼影响分析

5．2．3 道床弹性模量影响分析

5．3 本章小结

6 TLV加载下轨道结构状态不良时其动力特性及识别特征研究

6．1 高速铁路无砟轨道路基沉降

6．1．1 路基沉降模型初始条件的求解

6．1．2 计算结果分析

6．2 重载有砟轨道轨枕空吊

6．2．1 轨枕空吊模型初始条件的求解

6．2．2 计算结果分析

6．3 道床板结

6．4 道床高度不足或过厚

6．5 扣件失效

6．5．1 20t垂向、6t横向移动加载下高速铁路无砟轨道扣件失效

6．5．2 30t垂向、10t横向移动加载下重载有砟轨道扣件连续失效

6．6 砂浆离缝

6．7 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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