摘要：高速铁路的设计、建造和运营维护都需要重点考虑过渡段的动力学性能。对于高速铁路无砟轨道来说，其对于轨道平稳性的要求较高，平稳性直接关系到列车运行的安全性和舒适性。由于线路过渡段的刚度往往会急剧变化，因此会影响上部列车-轨道系统的状态，主要体现在基床表层动应力、车体垂向加速度和轮轨垂向力上。对其建立模型计算分析后，结果表明：过渡段两端结构物的刚度差异对列车通行过渡段的影响不是很显著，不是控制过渡段的主要因素。
关键词：高速铁路；无砟轨道；路隧过渡段；动力学参数
目前，高速铁路已经成为交通运输行业发展的重要方向，在我国铁路“十三五”规划中，提出要建立“八纵八横”的全国铁路线路图，因此，在未来长时间内，高速铁路势必还会经历多次的改造和提升。其中，高速铁路防灾减灾方向必定是一个重点。由于高速铁路的设计使用时间长，对结构和环境的要求较高，因此做好高速铁路防灾减灾工作符合国家可持续发展战略。高速铁路防灾减灾涉及多个领域，对于高速铁路自身的许多特殊结构来说，出现路隧过渡段是一个较为常见的情况[1-3]，尤其是我国中西部地势崎岖，铁路建设会穿越多个隧道，如果保障高速列车在路隧过渡段的安全平稳运行已经成为一个重点研究方向[4-5]。本文采用有限元软件软件对路隧过渡段进行了分析，得出过渡段不同刚度下各动力学参数的变化规律。
1车辆及轨道系统垂向振动模型
轨道上运动的车辆(刚体)的空间振动具有6个自由度，即3个线位移和3个绕轴的转动，这6个自由度分别为垂向振动的沉浮和点头，横向振动的横移、侧滚和摇头，以及纵向振动的前后移动，考虑到一系悬挂特性的六自由度整车详细模型如图1所示。
图1 六自由度整车模型
轨道系统由扣件系统、钢轨、垫板、基床等部分构成。列车稳定行驶的首要条件是保证轨道系统具有良好的动力性能。但是，由于轨道系统具有复杂性和易变性，要想全面、准确了解轨道系统中各个部分的动力响应，以及他们之间的耦合关系，计算模型必须考虑到许多参数，并且许多参数之间还存在着相互影响的不确定性，会导致计算过程十分复杂，难以形成清晰明了的结果。基于上述情况，对于轨道系统建立垂向振动模型时，应考虑到实际计算情况，综合分析并简化计算模型的参数，在有条件的情况下，可以在考虑研究重点的基础上增加考虑的参数，以此来完善计算模型，从而形成计算结论，本文采用的整车-轨道集总参数模型见图2。
图2 整车-轨道集总参数模型
2计算结果及分析
路隧过渡段的特殊主要在于其两端有存在明显不同的结构物形式或者材料，这些不同会导致列车运行时由于接触面受结构物的影响而产生一系列的反映。其中，由于过渡段两端的差异，几乎使得二者的刚度必然发生变化，由物理学常识可得，刚度变化影响着结构物的受力和变形，这在高速铁路中主要体现在列车运行时在轮轨接触面产生的相互作用力，会导致列车通行后发生一定情况的弯折变形。基于上述情况，由于车体的动力学参数受过渡段影响，因此针对过渡段的刚度不平顺进行分析，在列车速度为250km/h、轨面弯折和差异沉降都为0、过渡段长度为20m，型式为倒梯形，刚度比选取1：100、1：50、1：20、1：10及1：5，具体结果见表1。
表1 过渡段刚度比对各动力学参数的影响
综合分析表1可知，随着过渡段刚度的增加，无论过渡段刚度比为多少，轮重减载率远小于0.8，其余指标变化不大。这说明过渡段与普通路基的刚度比对车辆运行的安全性和平稳性影响并不是很大。同时，根据动力学参数结果可以看出，路隧过渡段的两端结构物的差异刚度对列车的运行不存在较大的危害，对过渡段进行设计考虑时刚度不需要作为最主要的因素。在实地调查中，根据线路沿线的反馈情况来看，轨检车可以在运营维护较为妥当的路隧过渡段上正常通过，这也说明了在过渡段中应加强对轨道的检测和维护，这样可以有效降低刚度差异造成的影响。
3结语
高速铁路线路中有许多数量的路隧过渡段，过渡段的刚度变化影响着车辆-轨道-路基系统的基床表层动应力、车体垂向加速度和轮轨垂向力参数，从而影响到车辆运行的安全性和平稳性。本文研究计算后得出：过渡段与普通路基的刚度比对车辆运行的安全性和平稳性影响并不是很大，路隧过渡段的两端结构物的差异刚度对列车的运行不存在较大的危害，设计考虑时刚度不需要作为最主要的因素，但需要经常进行检测和维修。
4基金支持
[1] 四川省科技支撑计划，高速铁路无砟轨道密集型路隧过渡段设计理论及关键技术研究，2016GZ0338；
参考文献：
[1]魏永幸，邱延峻.高速铁路无砟轨道路基面支承刚度研究[J].铁道工程学报，2010，27(07):15-19+24.
[2]张斌，雷晓燕.基于车辆-轨道单元的无砟轨道动力特性有限元分析[J].铁道学报，2011，33(07):78-85.
[3]Yang Changwei，Tong Xinhao，Zhang Jianjing，Zhu Haobo. A New Design of Bridge-Subgrade Transition Sections Applied in Beijing-Shanghai High-Speed Railway[J]，Complexity，2018，Article ID 1249092，pp:1-11.
[4]方宜. 有砟—无砟轨道过渡段动刚度研究[D].西南交通大学，2009.
[5]任娟娟. 桥上无缝道岔区纵连式无砟轨道受力特性与结构优化研究[D].西南交通大学，2009.
论文作者:于来波,连静,刘飞成
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/19
标签：刚度论文; 轨道论文; 高速铁路论文; 参数论文; 列车论文; 动力学论文; 模型论文; 《防护工程》2019年10期论文;