高速铁路扣件体系疲劳性能研究

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　　高速铁路扣件体系疲劳性能研究第1章绪论1.1引言随着经济的迅猛发展，我国的交通运输行业也逐渐迈入了快速发展的新时代，而高速铁路作为交通运输领域的重要支柱之一，更是迎来了前所未有的进步。伴随高速铁路在我国经济社会中地位的逐步提升，对高速铁路运输系统也提出了更.高的要求，与此同时，对高速铁路系统各部分的研究也开始不断深入。其中，高速铁路轨道扣件系统作为铁路轨道的重要组成部分，运用弹性变形时所储存的能量起到了缓解机械震动和冲击的作用。近年来，由于高速铁路运行速度的提升以及使用频率的加大等原因，在不断的震动和冲击作用下，扣件系统的疲劳问题也十分值得关注。为了适应高速铁路更快、更安全的发展目标，对高速铁路扣件系统疲劳性能的研究是非常必要的。1.2高速铁路轨道扣件系统 扣件是连接钢轨和轨枕使之形成轨排的部件，扣件的作用是固定钢轨正确位置，阻止钢轨的纵向和横向位移，防止钢轨倾翻，同时还能提供必要的弹性、绝缘性能，对轨距、水平有一定的调整能力，并且结构尽量简单、便于制造、施工和维修等。1.2.1扣件系统的组成和分类 各国高速铁路扣件系统不尽相同，但是主要由扣压件、弹性基板和锚固联接件三部分组成[2]，如图1.9所示。扣压件的作用是将钢轨固定在轨枕或弹性基板上，除必须具有一定的扣压力之外，还需承受来自钢轨的横向、垂向及纵向力的作用。目前常用的扣压件类型为弹片式和弹条式弹性扣压件。弹片式扣压件仅能利用其弯曲应变，形状较为简单，可用于小半径曲线；弹条式扣压件既可利用其弯曲应变，又可利用其扭曲应变，线形变化较大，弹性性能更好。为满足高速铁路钢轨性能的要求，扣压件必须有足够小的前端刚度，并要求其应力变化在疲劳极限内，形式便于调整，扣压力易于控制，同时为了避免共振造成扣压件松动或脱落，其固有频率应不同于基板。弹性基板是金属铁塾板与橡胶弹性垫板结合在一起的统称，是扣件系统中直接支撑钢轨并将列车垂向和横向动荷载经钢轨均匀传递至混凝土轨下基础的主要部件。弹性基板不仅需要具有足够的弹性性能还需要有适当的绝缘性能。锚固联接件主要由锚固螺栓、预埋套管或预埋铁座组成，其作用是将基板固定于混凝土轨枕或者道床上，除承受扣件传给的荷载外，还需要有绝缘功能。锚固连接件分为预埋式和直埋式。尽管扣件的组成基本相同，但各国扣件系统仍有自己的特点。目前，常用高速铁路扣件系统根据不同的分类方式共分为以下几种类型，如表1.1所示[3]。1.2.2弹条式扣件系统的国内外使用现状1.国外常用扣件系统随着高速铁路的发展，世界各国均根据国情和高速铁路的特点研制自己的扣件系统。其中法国是世界上最早采用弹性扣件的国家之一[4]，其研制的Nabla扣件系统在实际工程中得到了广泛的应用。英国Pandrol扣件是当今世界上最著名、最有影响力的扣件，其使用范围遍及数十个国家和地区，如图1.1所示，e系列Pandrol扣件为无挡肩、无螺栓扣件，具有扣压力大(不小于llkN)、弹性好(弹性变形不小于12 mm)等优点，特别是由于取消了混凝土挡肩，从而消除了轨底坡在横向力的作用下发生横移导致轨距扩大的可能性，且具有很强的保持轨距能力。同时无螺栓的联结方式，使扣件系统更加简单、减小了扣件养护工作量。尽管e系列Pandrol扣件有一系列的优点，但是由于其轨距调整能力小，使其在试验过程中受到了一定的限制，因而英国Pandrol公司在吸纳e系列扣件各种优点的基础上研制了Fastclip扣件（如图1.2所示）。Fastclip扣件仍为无挡肩、无螺栓、少维修扣件，由底板、螺栓及螺栓套管、轨距挡板、弹性塾层和弹条组成。与e系列Pandrol扣件不同，Fastclip扣件形式类似co形，底板通过嵌入轨枕的锚固套管及相应的螺栓固定在轨枕上，螺栓套管预埋在轨枕中，在现场只需把预先安装的弹条往钢轨方向顶进，使弹条就位即可，全部釆用机械化安装，安装方便。第2章X2型弹条扣件系统有限元模型2.1引言为更好的分析弹条在实际使用中的疲劳行为，首先需要了解弹条在安装过程中的静力性能。nA弹条断裂分析[J].失效分析与预防，2011,6(2)90-93[2]王其昌.无渣轨道钢轨扣件[M].西南交通大学出版社.2006.[3]盛伟，付传锋.高速铁路扣件系统的类型与应用[J].金属加工，2010(7):31-35.[4]卢祖文.我国的铁路钢轨扣件[J].中国铁路，2005(7)：25-27 [5]GBJ10-89.混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1989.[6]姚卫星.结构疲劳寿命分析[M].北京：国防出版社，2003.[7]聂义宏.中碳超高强度弹簧钢的组织与疲劳破坏行为研究[D].河北：燕山大学，2007.[8]鲁连涛，张卫华.金属材料超高周疲劳研究综述[J].机械强度，2005，27(3)：388-394.[9]陈晓传.疲劳与断裂[M].武汉：华中科技大学出版社，2002[10]郑帅鬼.RPC疲劳后剩余强度试验及理论研究[D].北京交通大学硕士论文.2009年6月(责任编辑：gufeng)