基础变形下无砟道岔不平顺及其对高速行车的影响研究

高速运营条件下，道岔变形及车岔相互作用关系极其复杂。为确保列车过岔的平稳、舒适和安全，道岔下部基础必须稳固、可靠。目前，国内外在该方面的研究较少，特别是基础变形与道岔不平顺的关系、变形导致的车-岔动力响应特征、岔区基础变形智能识别与容许限值等方面的研究相对匮乏，对高速道岔运营维护等造成障碍。基础变形导致的一系列与岔区平顺性、动力特性相关的问题亟待解决。.项目基于有限元理论建立道岔-无砟轨道-下部基础空间耦合模型，结合道岔结构模型试验，分析岔区基础变形下无砟道岔的力学特性，给出岔区不平顺的分布规律。通过建立可详细考虑下部基础细部结构的新型动力学方法，研究基础变形下车-岔系统的动力响应。根据敏感区域动力参数的变化特征，采用神经网络建立岔区基础变形的智能识别方法。最后，从安全性、舒适性及道岔调整等方面考虑，给出基础变形的容许限值。通过本项目研究，可补充具有我国自主知识产权的高速道岔设计理论体系。

高速运营条件下，道岔变形及车岔相互作用关系极其复杂，为确保列车过岔的平稳、舒适和安全，研究基础变形导致的一系列与岔区平顺性、动力特性相关的问题具有重要意义。项目现场调研、理论分析与现场试验相结合，对基础变形下岔区不平顺及其动力性能展开研究，主要工作和成果如下：.1）进行了道岔-无砟轨道-下部基础相互作用机理的分析。基于道岔钢轨件与零部件、道岔－岔区无砟道床、无砟轨道－下部基础间相互作用关系分析，采用有限元软件ANSYS建立了道岔－无砟轨道－下部基础纵、横、垂向空间耦合分析模型，并进行了模型验证。.2）分析了路基（桥梁）不均匀沉降下岔区平顺性分布规律。调查国内外运营条件下基础沉降形式及幅值，基于所建立的理论分析模型，考虑基础变形和道岔布置间的关系，计算分析无砟道床各部位的附加弯矩、应力和变形；分析基础沉降下道岔钢轨件的附加应力变形和道岔不平顺的分布特性。.3）建立了道岔-无砟轨道-路基（桥梁）空间耦合动力学模型。采用实际截面尺寸模拟关键结构，考虑轮轨间的相互作用，建立了道岔-无砟轨道-基础空间耦合动力学模型。研究了下部基础变形和列车－无砟道岔－路基（桥梁）系统动力响应的相互关系。基础变形时，车辆和轨道各项动力特性指标均高于未发生路基沉降的值。.4）探讨了基于神经网络的基础变形智能识别方法。车体垂向加速度受到不均匀沉降的影响最明显且有规律。将车体垂向振动加速度作为输入量，基于RBF神经网络对路基不均匀沉降的弦长和幅值进行识别。通过网络逼近性能和输出结果的训练不断优化神经网络模型，最后可得预测效果误差小于2%，可用于路基不均匀沉降的识别。.5）从结构受力、行车品质等方面探讨了基础变形容许值。结合理论研究成果，分析静态情形下导致无砟道岔受力与变形超限的基础变形容许值；分析动态情形下导致列车运行安全性、旅客舒适性以及道岔动态受力变形超限的基础变形值；综合理论分析和道岔运营特点，提出基础变形的容许限值，并对道岔、无砟轨道等施工、维护提出了一定建议。.6）在科研成果、人才培养等方面取得了大量的成绩。在核心期刊和会议上发表文章18篇，申请发明专利4项，参与完成著作3本，培养研究生9名。主持人入选北京市科技新星计划、北京高校青年英才计划，获第十二届詹天佑青年奖，相关成果入选2013年中国高校十大科技进展，获教育部科技进步一等奖1项，中国铁道学会科技特等奖2项等。