客運專線無碴軌道高速列車走行安全性分析理論與應用研究.pdf

1、無碴軌道是高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向，我國正在大力興建以成區(qū)段鋪設無碴軌道為主的客運專線。雖然我國針對無碴軌道進行了大量的理論和試驗研究，但客運專線無碴軌道建設仍缺乏成熟經(jīng)驗，主要依靠引進國外無碴軌道技術。如何理解、消化和吸收國外無碴軌道技術，并對其進行再創(chuàng)新，最終實現(xiàn)洋為中用就成了當務之急。尤其重要的是，如何從理論上確保高速列車在客運專線無碴軌道上走行時有較高的安全度，如何通過理論分析得到的結(jié)論來指導無碴軌道的設計、施工和運營。因此，

2、通過理論研究解決上述問題將具有重要的理論價值和社會、經(jīng)濟意義。本論文取得了如下主要研究成果：
　　 1.提出了高速列車-無碴軌道時變系統(tǒng)空間振動分析理論，其主要內(nèi)容包括：
　　 (1)基于橫向有限條與板段單元法，建立了無碴軌道結(jié)構(gòu)空間振動分析模型，推導了無碴軌道空間振動總勢能；
　　 (2)將高速列車及無碴軌道視為一個整體系統(tǒng)，考慮車輪懸浮、輪軌位移銜接條件及輪軌“游間”的影響，采用彈性系統(tǒng)動力學總勢能不變值原理

3、及形成系統(tǒng)矩陣的“對號入座”法則，建立了高速列車-無碴軌道時變系統(tǒng)空間振動方程；
　　 (3)以高速列車構(gòu)架蛇行波為此系統(tǒng)橫向振動激振源，以軌道豎向不平順為此系統(tǒng)豎向振動激振源，利用Wilson-θ數(shù)值積分法求解方程；
　　 (4)基于Fortran PowerStation4.0平臺，采用Fortran語言編制了相應的計算機程序。
　　 2.計算了高速列車-無碴軌道時變系統(tǒng)空間振動響應，通過與實測結(jié)果的比較，以

4、及對計算得到的系統(tǒng)振動響應波形圖及量值的分析，證明了本文所建立的無碴軌道結(jié)構(gòu)空間振動分析模型及程序的正確性與可靠性。
　　 3.通過大量分析系統(tǒng)動力學參數(shù)對高速列車-無碴軌道時變系統(tǒng)空間振動響應的影響規(guī)律，提出了無碴軌道結(jié)構(gòu)設計參數(shù)建議取值范圍。其中，提出了水泥瀝青砂漿應具有較高強度、較低彈性模量的新觀點，為我國板式無碴軌道結(jié)構(gòu)用水泥瀝青砂漿的研發(fā)指出了技術方向。根據(jù)本文提出的參數(shù)值，由中南大學研發(fā)的水泥瀝青砂漿材料已成功應用于

5、武廣客運專線5 km長的板式無碴軌道試驗段。
　　 4.基于列車脫軌能量隨機分析理論，進行了高速列車在無碴軌道上的脫軌全過程計算機仿真，首次算出了高速列車脫軌全過程振動響應，并確定了高速列車-無碴軌道時變系統(tǒng)橫向振動極限抗力作功σc與車速V的關系；針對我國客運專線典型無碴軌道結(jié)構(gòu)，分析了高速列車在設計車速以內(nèi)在無碴軌道上的走行安全性，并計算了其安全度。
　　 5.基于列車脫軌能量隨機分析理論，提出了列車-軌道系統(tǒng)橫向振動