[发明专利]基于纵横垂向空间耦合模型的高速铁路无缝道岔设计

摘要

本发明公开了属于铁道工程设计技术领域的一种基于纵横垂向空间耦合模型的高速铁路无缝道岔设计方法。本发明对高速铁路无缝道岔的实际铺设情况考虑的较为详尽，可按实际情况考虑基本轨与导轨间的相互作用关系，各种阻力均可为非线性阻力，取值可与实测值一致；并对道岔进行结构检算，进而得出满足各项控制条件的可铺设轨温变化幅度范围；可对采用不同尖轨跟端结构型式的无缝道岔的尖轨钢轨横向变形进行计算分析与比较；还可对限位器结构的铺设与养护维修、扣件阻力的合理选择和翼轨末端间隔铁的合理布置方法等提供指导意见。本发明适用于高速铁路无缝道岔的设计与检算，可以为高速铁路无缝道岔的设计与养护维修提供服务。

主权项

一种基于纵横垂向空间耦合模型的高速铁路无缝道岔设计，其特征在于，该高速铁路无缝道岔设计考虑了尖轨、心轨截面的实际变化、限位器安装误差、牵引点之间的位移耦合以及钢轨的纵向位移对轨距的影响等因素，此外，还考虑了行车方向对道岔尖轨、心轨尖端位移的影响，和仅单侧有扣件的基本轨前侧部分实际情况；在高速铁路无缝道岔温度力与位移的传递过程中，考虑对传力部件：钢轨、扣件、轨枕、限位器、间隔铁和螺栓的影响，具体如下：(1)钢轨建模时，采用梁单元进行模拟，钢轨按实际截面属性进行建模，考虑钢轨的截面积、惯性矩以及扭转弯矩这些参数，钢轨按照支承节点划分有限长梁单元，全面考虑纵、横、垂向线位移及转角。在计算道岔尖轨横向变形时，考虑尖轨的实际截面积和惯性矩的变化、牵引点之间的横向位移耦合以及钢轨纵向位移对尖轨横向变形的影响，道岔尖轨与可动心轨前端可自由伸缩，尖轨或可动心轨尖端位移为其跟端位移与自由段伸缩位移之和；(2)道岔区的扣件采用非线性弹簧单元进行模拟，可全面考虑扣件的纵、横向阻力和垂向刚度，纵、横向扣件弹簧作用于钢轨支承节点上，可阻止钢轨相对于轨道板或岔枕的纵、横向位移，扣件纵、横向阻力可按常量或变量形式输入，扣件垂向刚度取扣件的支点刚度；(3)有砟轨道的轨枕采用梁单元进行模拟，考虑轨枕的截面积、高度以及惯性矩等实际参数，轨枕按照较小间距的支承节点划分单元，全面考虑纵、横、垂向线位移及转角。道床的纵横向阻力采用非线性弹簧单元进行模拟，阻力值取单位岔枕长度的阻力，可按常量或变量形式输入；道床垂向刚度用垂向弹簧模拟，其值取道床支承刚度；(4)限位器结构子母块为非绝对刚性构件，随着相对位移的不同，其阻力也是非线性的，故尖轨跟端限位器结构采用非线性弹簧单元进行模拟，限位器阻力值采用相关试验取得的数据；在计算尖轨钢轨横向变形时，考虑限位器子母块在轨温变化时实际接触位置的最不利影响；(5)翼轨末端以及辙岔跟端通过间隔铁结构固定，间隔铁结构采用非线性弹簧单元进行模拟，间隔铁阻力值采用相关试验取得的数据；(6)通过对道岔各个部件的模拟和组合，建立纵横垂向空间耦合的高速铁路无缝道岔整体计算模型。