高速铁路钢轨扣压件力学特性对比研究

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高速铁路扣件系统作为铁路轨道结构的主要组成部分,是联结钢轨与支承钢轨的重要部件,通过弹性变形起到缓解列车振动和冲击的作用。随着高速、重载及提速运输的深入发展,轮轨动态相互作用力加剧,受大规模施工作业,多变的下部基础等因素限制,扣件系统在列车高频冲击荷载作用下轨道扣件系统损坏现象日趋严重。弹条式扣件作为我国主要扣件型式,在使用过程中弹条扣压件出现较多的损伤失效,但就现阶段对弹条伤损问题的研究现状来看,弹条损伤失效问题的解决难以从根本上深入,故有必要尝试将扣压件由弹条改变为弹片,从而从根源上入手解决弹条损伤问题。本文通过建立WJ-7型扣件系统和日本直结8型扣件系统有限元模型,对X2型弹条和C型弹片在标准安装状态下及非标准安装状态下的变形特性和受力特性进行了研究,同时研究了钢轨垂向位移及轨头横向位移对两型扣压件受力特性的影响;对比了两型扣压件在相同扣压力作用下的弹程、刚度、应力水平和评价指标;对比了在钢轨垂向、横向位移作用下的扣压力增量、应力变化幅度及强度富余情况。结果表明,X2型弹条的受力薄弱点位于弹条后圆弧与铁垫板接触处上表面;X2弹条最大的缺点在于应力集中情况明显导致其安全储备不足,优点在于扣压力保持能力较强,弹性好。C型弹片的受力薄弱点位于弹片底部圆弧与上弹片连接处及螺栓孔附近;其最大的缺点在于钢轨垂向位移作用下扣压力损失严重,优点有强度富余量充足,抵抗钢轨倾翻能力强,除钢轨过度上浮时,疲劳寿命高于弹条。总体而言,当列车引起的钢轨垂向位移较小时,C型弹片的综合性能优于X2型弹条,相较于X2型弹条,C型弹片更适合用于桥上无缝线路以减小梁轨间的相互作用。论文为我国高铁扣件系统钢轨扣压件的选型、后续研究及优化提供了一定指导意义。
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