列车荷载与温度荷载耦合作用下的无砟轨道疲劳特性研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51008258
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
20.0万
负责人：
赵坪锐
依托单位：
西南交通大学
学科分类：
E0809.道路与轨道工程
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
刘学毅；肖杰灵；伍曾；马凯；徐彩彩；盖晓野；
关键词：
疲劳无砟轨道列车荷载温度荷载

项目摘要

无砟轨道是反复承受列车荷载和温度荷载作用的结构物，要求具有60年的使用寿命，温度荷载的存在还将影响到列车荷载的大小和作用效果，因此有必要对温度荷载和列车荷载耦合作用下的无砟轨道疲劳特性进行研究。采用长期现场测试与仿真分析相结合的方法，对无砟轨道列车荷载和温度荷载的统计特征进行研究。建立无砟轨道梁体、梁板有限元模型，根据不同荷载的作用特点分析无砟轨道的受力与疲劳特性。考虑温度荷载引起的支承不均匀和刚度变化等非线性因素以及荷载作用顺序，探索两种荷载耦合作用下无砟轨道的疲劳伤损特性。对揭示无砟轨道在使用寿命周期内的疲劳伤损规律有重要意义。为建立无砟轨道疲劳设计方法、完善无砟轨道设计理论、优化无砟轨道结构奠定基础。

结项摘要

本项目建立了列车-无砟轨道耦合动力学模型，分析了随机不平顺激励条件下的无砟轨道列车荷载和不同结构层的动力系数，提出了正态分布的列车荷载统计特征。通过对不同地区无砟轨道温度场的长期测试，建立了无砟轨道温度场与气温的对应关系。温度升降荷载可根据不同的保证率要求通过气温统计资料获得，温度梯度荷载符合二参数威布尔分布特征，在分析列车荷载与温度荷载共同作用下的无砟轨道疲劳特性时，应扣除天窗时间内的温度数据。根据无砟轨道的结构特点和不同荷载的作用特点，分别建立了梁体、梁板有限元模型，分析了无砟轨道在列车荷载和温度荷载及其共同作用下的受力特性。在列车荷载作用下，无砟轨道主要承载层将发生纵、横向弯曲，调整层则主要承受拉压应力，从而引起不同的疲劳伤损。温度升降荷载主要影响连续无砟轨道的开裂及刚度变化，而温度梯度则会使单元式无砟轨道发生翘曲变形。通过室内模型试验验证了连续式道床板的开裂模式，对由于构件温度开裂所引起的刚度变化进行了分析。以高周作用的列车荷载引起的疲劳累积损伤作为疲劳寿命预测的主要依据，以随日温变化的温度梯度引起的无砟轨道支撑状态改变作为边界条件，研究了列车荷载与温度荷载耦合作用下的无砟轨道的疲劳伤损特性，探讨了初始伤损对无砟轨道疲劳特性的影响，在此基础上提出了无砟轨道在列车荷载与温度荷载耦合作用下的疲劳寿命预测方法，为建立无砟轨道疲劳设计方法、完善无砟轨道设计理论、优化无砟轨道结构奠定了基础。