城市轨道交通直线尖轨道岔无缝化研究

摘要

城市轨道交通作为城市公共交通的骨干，以其大容量、准时快捷、安全高效的优势，对改善大城市人们出行问题、缓解大城市的交通拥堵状况，发挥了其它交通工具难以替代的作用，因此世界各国竞相发展。由于城市轨道交通相比国有铁路有其自身的特点，所以有必要结合城市轨道交通的特点深入研究符合我国城市轨道交通特点的轨道结构形式，为我国城市轨道交通事业的发展提供便利和保障。 道岔结构作为重要的轨道结构之一，是跨区间无缝线路的技术难点。我国地铁线路的道岔结构类型，一般有单开道岔、单渡线和交叉渡线等，道岔号数以12号、9号和7号道岔最为常用，其尖轨的平面线形分为直线尖轨和曲线尖轨。虽然直线型尖轨跟端存在活接头，稳定性较差，容易形成病害，但对于行车速度较低的城市轨道交通，其尖轨耐磨，使用寿命长，扳动力小，只须一点牵引，而且结构简单，左右开道岔可以互换使用，减少了现场备品的数量，因此在城市轨道交通中大量采用。而交叉渡线是车站咽喉区附近一种常见的道岔设备，可以在很小的范围内实现线路的两两对接，在很大程度上缩小了占地面积，在我国已建和在建的地铁线路中较多地使用，分析研究其受力和变形规律，及其设计理论和设计方法，可用于指导城市轨道交通道岔的设计、铺设及养护维修。但国内外很少对其进行过理论研究，综合考虑各种因素，本文选择9号直线尖轨交叉渡线模型进行研究分析。 本文针对城市轨道交通高架桥及地面线上铺设无砟轨道交叉渡线的特点，运用北京交通大学现有的有限元方法，建立了桥上无砟轨道9号直线尖轨交叉渡线道岔的纵横向耦合有限元模型，分析了交叉渡线的受力和变形，并于路基上无砟轨道交叉渡线以及弹性可弯曲线尖轨交叉渡线的受力变形规律进行了对比，分析了它们的异同点，给出高架桥上直线尖轨道岔取消缓冲区的检算算例；分析了影响桥上桥上无砟轨道直线尖轨交叉渡线受力和变形的主要因素：轨温变化幅度、扣件阻力、间隔铁、桥梁温度变化幅度、桥墩刚度、支座布置以及桥跨形式等，并初步尝试分析产生这些规律的原因。根据分析结果，对城市轨道交通桥上无砟轨道直线尖轨交叉渡线的设计提出了一些建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1绪论

1.1引言

1.2国内城市轨道交通道岔应用现状

1.3国内外无缝道岔研究理论

1.4本文的研究方法和内容

2模型的建立与求解

2.1有限元分析简介

2.2直线尖轨交叉渡线有限元模型的建立

2.2.1主要设计参数

2.2.2模型的建立

2.2.3计算条件及假定

2.2.4计算结果分析

2.3与路基上无砟轨道直线尖轨交叉渡线计算结果的对比分析

2.3.1纵向温度力和位移分析

2.3.2横向温度力和位移分析

2.3.3间隔铁受力分析

2.3.4小结

2.4与弹性可弯曲线尖轨交叉渡线计算结果的对比

2.4.1纵向温度力和位移分析

2.4.2间隔铁受力分析

2.4.3桥墩受力分析

2.4.4桥梁位移分析

2.4.5小结

2.5桥上直线尖轨交叉渡线取消缓冲区的检算算例

2.5.1无缝渡线的位移

2.5.2无缝渡线的钢轨强度

2.5.3间隔铁的强度

2.5.4无缝渡线的轨道稳定性

2.5.5允许温升和允许温降的确定

2.5.6小结

2.6路基上直线尖轨交叉渡线取消缓冲区的检算算例

2.6.1无缝渡线的位移

2.6.2无缝渡线的钢轨强度

2.6.3间隔铁的强度

2.6.4无缝渡线的轨道稳定性

2.6.5允许温升和允许温降的确定

2.6.6小结

2.7本章小结

3轨道结构的主要参数影响分析

3.1轨温的变化幅度分析

3.1.1纵向温度力和位移分析

3.1.2间隔铁受力分析

3.1.3桥墩受力分析

3.1.4小结

3.2扣件阻力变化分析

3.2.1钢轨纵向温度力和位移分析

3.2.2间隔铁受力分析

3.2.3桥墩受力分析

3.2.4小结

3.3间隔铁影响分析

3.3.1钢轨纵向温度力和位移比较

3.3.2间隔铁受力比较

3.3.3桥墩受力比较

3.3.4小结

3.4本章小结

4桥梁结构的主要参数影响分析

4.1桥梁温度变化幅度分析

4.1.1纵向温度力和位移分析

4.1.2间隔铁受力分析

4.1.3桥墩受力分析

4.1.4小结

4.2桥梁支座布置方式的影响分析

4.2.1桥梁支座布置对钢轨纵向温度力和位移的影响

4.2.2桥梁支座布置对间隔铁受力的影响

4.2.3桥梁支座布置对桥墩受力的影响

4.2.4桥梁支座布置对桥梁位移的影响

4.2.5小结

4.3桥墩刚度变化影响分析

4.3.1桥墩刚度变化对钢轨纵向温度力和位移的影响

4.3.2桥墩刚度变化对间隔铁受力的影响

4.3.3桥墩刚度变化对桥墩受力的影响

4.3.4桥墩刚度变化对桥梁位移的影响

4.3.5小结

4.4桥跨形式影响分析

4.4.1桥跨形式对钢轨纵向温度力和位移的影响

4.4.2桥跨形式对间隔铁受力的影响

4.4.3桥跨形式对桥墩受力的影响

4.4.4桥跨形式对桥梁位移的影响

4.4.5小结

4.5本章小结

5结论与展望

参考文献

作者简历