高速铁路无砟路轨

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1、高速铁路无砟路轨第一章绪论1.1研究背景随着现代交通运输业的飞速发展，高速铁路以其高速性、安全性、运输量大、经济性、污染轻、耗能低等优点，而逐渐发展为铁路交通运输的主流。但是在当前列车运行速度、运载重量和运输密度大幅提高的情况下，对行车安全性、平稳性、舒适度、准点运行以及综合维修工作量进行评估和把握变得尤为重要。日本是第一个发展高速铁路的国家。随着1964年10月，日本东海道新干线的通车，高速铁路的发展就此揭开了序幕。东海道新干线从东京到大阪，全长515公里，试验速度为256km/h，运营最高速度为210km/h[i~

2、3]。随后几十年的时间，日本交通省规划并建设了：北陆新干线（福山-大阪-东京）、东北新干线（青森-东京）、山阳新干线（博多-新大阪）、上越新干线（新湾-大宫）、长野新干线(长野-高崎）、九州新干线（鹿儿岛-博多）等一系列高速铁路线路。最近几十年来，许多发达国家开始修建高速铁路。其中法国的步伐紧随日本，法国高速铁路称TGV,于1967年开始运行。到目前为止，法国己建成的高速铁路达1281公里，并计划修建4500公里以上与邻国连接的高速铁路网。德国高速铁路为ICE(InterCityExpress意思是城际快车），德国的高

3、速铁路利用了原有线路，所以火车平均速度不是很快（相对于法国而言）。随后，意大利、瑞典、西班牙等国家也开始了时速200公里以上的高速铁路建设。意大利除了批准及支持本国高速铁路发展，还会修建5条国际高速铁路[4]。瑞典高速铁路主要对既有线路的技术改造，达到高速行驶的目的，其高速运营里程已达2000公里以上。西班牙在宽轨（1688mm)线路上实施全国高速铁路网规划。目前世界上20多个国家及地区正在修建高速铁路，国际上高速铁路时速350公里的技术已成熟，许多国家修建的高速铁路大都猫准这个目标[5~6]，铁路运输业再次达到一个发

4、展高峰期。我国的铁路高速化进程始于20世纪80年代末，到1994年底，完全依靠我国技术力量生产建设的高速列车在广深线上正式运营，时速为160km/h。此后分别完成了170km/h的提速试验，于2003年幵通了秦皇岛-沈阳客运专线。2008年4月27日，国产动车组和谐号在京津城际高速铁路试验速度创造了385km/h的记录；6月24日，运行试验速度达394.3km/h。2011年6月30日，全长1318公里的京沪高速铁路正式幵通运营；其最高试验速度为486.1km/h，创造了世界铁路最高运营速度纪录，京沪高速铁路设计最高运

5、行时速380公里，持续运营时速350公里。我国高速铁路也进入客运专线建设的高峰期[7]。中国铁路正在逐渐进入以高速、重载为特征的新时代[8】。高速重载铁路势在必行，提高车速、增加牵引重量会增大列车振动，轮轨之间动力作用也会急剧增力口。严重影响列车的平稳性、安全性以及列车脱轨问题，还可能导致列车零部件在较强的动荷载作用下发生变形、破坏；对于轨道系统，反复的轮轨力会造成轨道加速变形、加快部件损伤、降低稳定性。对于路基而言，列车对路基产生动力冲击作用，影响路基的使用寿命和工作状态；路基振动对列车安全性和平稳性会产生反作用的影

6、响。以上各种问题，都需要一一解决，因此，对高速铁路系统进行系统性的研究势在必行。目前，高速列车-轨道-路基系统相互作用的研究己成为当前的一个热点。各国学者在理论、试验、仿真分析等方面展开研究工作。在列车与轨道动力学方面.取得了一定的成果，但是路基动力学特性研究还是比较少，尤其是列车-轨道-路基的稱合或相互作用方面的研究还远远落后于高速铁路的发展形势，现有理论、研究不能满足高速铁路路基的要求。鉴于此，本文将根据列车运行的实际情况，理论上分析列车-轨道-路基稱合系统的相互作用，建立列车-轨道-路基系统的垂向锅合动力分析模型

7、，对高速列车作用下的动力响应进行初步研究。1.2国内外研究现状及存在的主要问题1.2.1列车模型的发展状况人们最早在研究车桥振动问题的时候，就试图并建立了不同种类的列车模型。研究初期，计算条件比较落后，没有计算机等工具的辅助，对列车模型做了大量的简化，不考虑列车一、二系弹黃阻尼连接装置，没有将车体、转向架、轮对单独考虑，所以最早的列车模型的精度有比较大的问题。20纪60年代以来，计算机快速发展和普及，列车模型的究进入一个新的阶段，可以利用计算机建立符合实际的列车车辆模型。1976年，松浦章夫对中小跨度桥竖向烧度限值研究

8、时，采用半车模，车体考虑沉浮、转向架考虑点头和沉浮两个自由度。K.H.Chu等最早用复杂的列车模型分析铁路振动问题。将列车简化为车体、转向架、轮对，各单元作为刚体，空间上有6个自由度，通过一、二系弹簧连接[11]。M.H.Bhatti建立了21自由度的列车模型，考虑车体的点头、沉浮、侧滚、横摆与摇头；转向架的沉浮、侧滚、横摆与摇头