基于能量法的高速铁路无砟轨道钢轨碎弯研究

作者：张向民

来源：铁道工程学报, 2019, 36(03): 7-12.

• 高速铁路
• 无砟轨道
• 钢轨碎弯
• 扣件刚度
• 能量法

研究目的:在温度力作用下高速铁路无砟轨道钢轨产生碎弯变形,严重影响行车平稳性、舒适性和安全性。本文将扣件分别假定为连续弹性介质和等间距弹性支座,建立无砟轨道钢轨碎弯分析模型,采用能量法推导相关计算公式,研究扣件刚度与钢轨碎弯波形的关系、碎弯临界温度力、扣件刚度视为连续弹性介质的精度以及为最大限度提高长钢轨稳定性的扣件极限刚度等问题。研究结论:(1)随着钢轨碎弯波长的增加,其临界温度力基本不变,差值不超过1%,但碎弯半波数有了很大的增加,这从理论上解释了碎弯变化的过程,并且有碎弯的长钢轨始终处于不稳定平衡状态;(2)钢轨碎弯存在最不利半波数,并对应最低载荷,主波总波长取10倍扣件间距时,得到主波最不利半波数为5,最低临界温度力为1. 021 5×107N;(3)随着扣件刚度的增加,碎弯半波数有所增加,临界温度也升高;随着扣件间距的增加,碎弯半波数也增加,基础模量减小;(4)通过对比分析扣件假定为连续弹性介质和等间距弹性支座计算钢轨碎弯临界温度力,得出当每个半波内有不少于3个扣件时,扣件假定为连续弹性介质能够满足工程精度要求,并且随着半波中扣件数量的增加或者总波长的增加,两者数值更加接近;(5)当半波变形波长为支座间距时钢轨碎弯临界温度力可得最大值,并且随着主波扣件跨数的增加,扣件极限刚度收敛于确定值1. 010 2×106N/cm;(6)本研究成果可为高速铁路无砟轨道钢轨碎弯提供理论参考,并可为高速铁路扣件参数的检算及合理性提供计算依据。

• 单位
  中南大学