高速鐵路扣件體系疲勞性能研究

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1、高速鐵路扣件體系疲勞性能研究第1章緒論1.1引言隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，我國的交通運(yùn)輸行業(yè)也逐漸邁入了快速發(fā)展的新時(shí)代，而高速鐵路作為交通運(yùn)輸領(lǐng)域的重要支柱之一，更是迎來了前所未有的進(jìn)步。伴隨高速鐵路在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)中地位的逐步提升，對(duì)高速鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)也提出了更.高的要求，與此同時(shí)，對(duì)高速鐵路系統(tǒng)各部分的研究也開始不斷深入。其中，高速鐵路軌道扣件系統(tǒng)作為鐵路軌道的重要組成部分，運(yùn)用彈性變形時(shí)所儲(chǔ)存的能量起到了緩解機(jī)械震動(dòng)和沖擊的作用。近年來，由于高速鐵路運(yùn)行速度的提升以及使用頻率的加大等原因，在不斷的震動(dòng)和沖擊作用下，扣件系統(tǒng)的疲勞問題也

2、十分值得關(guān)注。為了適應(yīng)高速鐵路更快、更安全的發(fā)展目標(biāo)，對(duì)高速鐵路扣件系統(tǒng)疲勞性能的研究是非常必要的。1.2高速鐵路軌道扣件系統(tǒng)扣件是連接鋼軌和軌枕使之形成軌排的部件，扣件的作用是固定鋼軌正確位置，阻止鋼軌的縱向和橫向位移，防止鋼軌傾翻，同時(shí)還能提供必要的彈性、絕緣性能，對(duì)軌距、水平有一定的調(diào)整能力，并且結(jié)構(gòu)盡量簡單、便于制造、施工和維修等。1.2.1扣件系統(tǒng)的組成和分類各國高速鐵路扣件系統(tǒng)不盡相同，但是主要由扣壓件、彈性基板和錨固聯(lián)接件三部分組成[2]，如圖1.9所示?？蹓杭淖饔檬菍撥壒潭ㄔ谲壵砘驈椥曰迳希仨毦哂幸欢ǖ目蹓?/p>

3、力之外，還需承受來自鋼軌的橫向、垂向及縱向力的作用。目前常用的扣壓件類型為彈片式和彈條式彈性扣壓件。彈片式扣壓件僅能利用其彎曲應(yīng)變，形狀較為簡單，可用于小半徑曲線；彈條式扣壓件既可利用其彎曲應(yīng)變，又可利用其扭曲應(yīng)變，線形變化較大，彈性性能更好。為滿足高速鐵路鋼軌性能的要求，扣壓件必須有足夠小的前端剛度，并要求其應(yīng)力變化在疲勞極限內(nèi)，形式便于調(diào)整，扣壓力易于控制，同時(shí)為了避免共振造成扣壓件松動(dòng)或脫落，其固有頻率應(yīng)不同于基板。彈性基板是金屬鐵塾板與橡膠彈性墊板結(jié)合在一起的統(tǒng)稱，是扣件系統(tǒng)中直接支撐鋼軌并將列車垂向和橫向動(dòng)荷載經(jīng)鋼軌均勻傳

4、遞至混凝土軌下基礎(chǔ)的主要部件。彈性基板不僅需要具有足夠的彈性性能還需要有適當(dāng)?shù)慕^緣性能。錨固聯(lián)接件主要由錨固螺栓、預(yù)埋套管或預(yù)埋鐵座組成，其作用是將基板固定于混凝土軌枕或者道床上，除承受扣件傳給的荷載外，還需要有絕緣功能。錨固連接件分為預(yù)埋式和直埋式。盡管扣件的組成基本相同，但各國扣件系統(tǒng)仍有自己的特點(diǎn)。目前，常用高速鐵路扣件系統(tǒng)根據(jù)不同的分類方式共分為以下幾種類型，如表1.1所示[3]。1.2.2彈條式扣件系統(tǒng)的國內(nèi)外使用現(xiàn)狀1.國外常用扣件系統(tǒng)隨著高速鐵路的發(fā)展，世界各國均根據(jù)國情和高速鐵路的特點(diǎn)研制自己的扣件系統(tǒng)。其中法國是世

5、界上最早采用彈性扣件的國家之一[4]，其研制的Nabla扣件系統(tǒng)在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。英國Pandrol扣件是當(dāng)今世界上最著名、最有影響力的扣件，其使用范圍遍及數(shù)十個(gè)國家和地區(qū)，如圖1.1所示，e系列Pandrol扣件為無擋肩、無螺栓扣件，具有扣壓力大(不小于llkN)、彈性好(彈性變形不小于12mm)等優(yōu)點(diǎn)，特別是由于取消了混凝土擋肩，從而消除了軌底坡在橫向力的作用下發(fā)生橫移導(dǎo)致軌距擴(kuò)大的可能性，且具有很強(qiáng)的保持軌距能力。同時(shí)無螺栓的聯(lián)結(jié)方式，使扣件系統(tǒng)更加簡單、減小了扣件養(yǎng)護(hù)工作量。盡管e系列Pandrol扣件有一系列的

6、優(yōu)點(diǎn)，但是由于其軌距調(diào)整能力小，使其在試驗(yàn)過程中受到了一定的限制，因而英國Pandrol公司在吸納e系列扣件各種優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上研制了Fastclip扣件（如圖1.2所示）。Fastclip扣件仍為無擋肩、無螺栓、少維修扣件，由底板、螺栓及螺栓套管、軌距擋板、彈性塾層和彈條組成。與e系列Pandrol扣件不同，F(xiàn)astclip扣件形式類似co形，底板通過嵌入軌枕的錨固套管及相應(yīng)的螺栓固定在軌枕上，螺栓套管預(yù)埋在軌枕中，在現(xiàn)場只需把預(yù)先安裝的彈條往鋼軌方向頂進(jìn)，使彈條就位即可，全部釆用機(jī)械化安裝，安裝方便。第2章X2型彈條扣件系統(tǒng)有限元模

7、型2.1引言為更好的分析彈條在實(shí)際使用中的疲勞行為，首先需要了解彈條在安裝過程中的靜力性能。nA彈條斷裂分析[J].失效分析與預(yù)防，2011,6(2)90-93[2]王其昌.無渣軌道鋼軌扣件[M].西南交通大學(xué)出版社.2006.[3]盛偉，付傳鋒.高速鐵路扣件系統(tǒng)的類型與應(yīng)用[J].金屬加工，2010(7):31-35.[4]盧祖文.我國的鐵路鋼軌扣件[J].中國鐵路，2005(7)：25-27[5]GBJ10-89.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1989.[6]姚衛(wèi)星.結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析[M].北京：國防出版社

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