列车荷载作用下高速铁路道岔振动疲劳特性研究

Railway turnout is key equipment which affecting train speed and running safety. It occupies a very important position in high speed railway. With the large-scale operation of high speed railway in China, vibration fatigue problem of turnout structures will expose gradually under the cycle impact loads of high speed train. It is necessary to carry out a prospective study. It is a short time since high speed railway in China was put in operation, therefore vibration fatigue problem of turnout structures is not obvious. The problem has not got enough attention and the research in this area is still inadequate..Based on the study of existing research achievements, a train-turnout system vibration analysis model in high speed railway is established in this project. Vibration responses of turnout structures are researched and fatigue-sensitive parts are determined. Vibration responses of fatigue-sensitive parts are processed by cycle counting method, and then fatigue life analysis is carried out according to fatigue life curve and the theory of fatigue cumulative damage. Moreover, influencing law of key design parameters of turnout structures is analyzed. Dynamic performances of train-turnout system are evaluated in the case that fatigue damage of turnout structures has occurred to different extent. The suggestions on low fatigue design and maintenance of turnout structures in high speed railway are put forward..The aim of this project is to propose a vibration fatigue life analysis method for turnout structures in high speed railway and to reveal the evolution law of vibration fatigue damage. The project will compensate for the lack of related research.

道岔是影响列车速度和运行安全的关键设备之一，在高速铁路中占有十分重要的地位。随着我国高速铁路的大规模运营，在高速列车荷载的循环冲击作用下，道岔结构的振动疲劳问题势必会逐渐凸显出来，很有必要进行前瞻性的研究。由于我国高速铁路投入运营的时间较短，道岔结构的振动疲劳问题尚不明显，未能引起广泛关注，这方面的研究还很不充分。.本项目在借鉴已有研究成果的基础上，建立高速铁路列车-道岔系统振动分析模型，研究列车荷载下道岔结构的振动响应，确定其疲劳敏感部位。对道岔结构敏感部位振动响应进行循环计数处理，然后根据疲劳寿命曲线和疲劳累积损伤理论进行疲劳寿命分析。进而对道岔结构关键设计参数的影响规律进行分析，对道岔结构不同程度疲劳损伤后列车-道岔系统的动力性能进行评估，提出高速铁路道岔低疲劳设计和养护维修建议。.本项目旨在提出高速铁路道岔结构振动疲劳寿命分析方法，揭示其振动疲劳损伤演化规律，弥补相关研究的不足。

道岔是影响高速铁路运行安全、舒适的关键轨道设备，在铁路基础设施中占有十分重要的地位。针对高速列车荷载作用下道岔出现的振动疲劳问题，本项目从现场调研、室内测试、理论分析等方面开展研究，完成了研究计划制定的任务。完成情况和成果概述如下：a）现场调研方面，在京沪、沪宁、沪杭等高铁线路进行了道岔服役状态的调研分析，对道岔区钢轨、扣件、轨道板等部件的损伤、病害情况进行了归类和总结。相对普通区间，道岔区病害相对突出，尤其是辙叉区，心轨磨耗、轨道板脱空等病害较为典型。b）室内测试方面，利用疲劳测试设备模拟列车移动荷载，对轨道板的疲劳寿命进行了测试分析。在轨道板表面和内部设置位移、应变、应力等传感器，测试分析了长期疲劳荷载作用下轨道部件受力状态、轨道系统刚度的变化情况。在300万次疲劳加载过程中，试验用轨道板变形、混凝土应变、钢筋应力均小于允许值，而且轨道系统动刚度基本保持稳定。c）理论分析方面，掌握了列车荷载作用下道岔结构的振动疲劳分析方法，获得了道岔结构参数对疲劳寿命的影响规律，提出了道岔区疲劳控制和养护维修建议。首先，基于车辆-道岔耦合动力分析方法，利用自研发的仿真分析平台FORSYS，建立了高速铁路列车-无砟道岔耦合系统动力分析模型。然后，仿真获得了列车通过道岔时轮轨作用力、道岔动应力等动力响应，并确定了道岔区的振动疲劳敏感部位。进而，对道岔结构敏感部位振动响应进行循环计数处理，根据疲劳寿命曲线和疲劳累积损伤理论进行了疲劳寿命的估算和分析。最后，对损伤条件下列车-道岔系统的动力性能进行了评估。本项目研究探讨了高速铁路道岔结构疲劳损伤演化规律，可为完善我国高速铁路道岔疲劳设计方法、优化道岔养护维修策略和延长道岔结构使用寿命提供一定的理论指导。