不平顺激励频率
• 波长：Ｌ＝ＶT f=1/T ω=2πf
s=vt 不平顺激励频率与波长有关，与车速有关 车速越高，频率起高
不平顺波长与车辆走行部分尺寸有关 不同型机车车辆在线路上响应不同
不平顺波 长与车辆 定距相同 时
不平顺波长 是车辆定距 的1.5倍时
蛇行运动
当轮对横移时：的踏面滚动半径增大一 方车轮超前行驶，使轮对向相反方向横 移．
温度变化时，桥跨结构 相对固定支座自由伸缩， 线性变化。
B L
PC PB ω1 ω2 ω3
E
P D
不考虑墩顶位移：对于 一般矮墩、可以认为墩 顶的位移为零，而误差 在可以接受。
A
B C
E ω4 ω5 PE
F
压力
L AB
A
L BC L CD L DE
B C B' C'
Δ
L EF
E E' F
钢轨位移曲线γ
• 变化率:测量
三角坑
• 三角坑是指在一段不太长的距离内，先是 左（右）股钢轨高，后是右（左）股钢轨 高，而且两个最大水平误差点之间的距离。 • 合理长度？ • 在一般情况下，三角坑超过允许标准的水 平差，只是引起晃车和两股钢轨的不均匀 受力及磨耗。严重时会出现车轮悬空、爬 上钢轨，引起脱轨事故。
结构性不平顺-道岔
• 导曲线无超高，侧线过岔限制速度，影响 舒适和平衡
结构性不平顺-外轨超高
• 外轨超高：平衡 离心力、超高是 固定的 • 车速差异性产生 未被平衡加速度 和作用于轨道的 横向力 • 舒适度、钢轨侧 磨
结构性不平顺-缓和曲线===
缓和曲线内外轨扭曲，四个车轮有悬空，容易脱轨或爬轨
结构性不平顺—单元性
钢轨二次弯沉
• 轨枕支承点钢轨竖向位移小于跨中，高速 要考虑
无缝线路纵向问题
• • • • 锁定轨温混乱 桥上：梁轨相互作用 纵连与轨相互作用 大跨度梁端桡曲与轨相互作用
• 增加钢轨附加力 • 观察、探伤
温度位移
• 自由伸缩钢轨没温度应力
当轨温变化 t℃时，其伸缩量为 l＝a· l· t （6－1） 式中 a 钢轨的线膨胀系数，取11.8×10-6/℃； l 钢轨长度（mm）； t 轨温变化幅度（℃）。 1000米长轨条，温度变化一度，伸缩量为11.8 mm。
轮轨接触
• 列车正常运行时轮轨间有两种接触形式： 单点接触和两点接触。
单点接触： 摩擦力
两点接触：摩擦 力与导向力
钢轨波磨
• 钢轨表面毫米级波长的磨 • 成因复杂：几乎相同线路和运营条件、但在一些 地段有出现 • 初始不平顺： • 材质不均匀：个别炉钢轨硬度不均匀、缺陷不均 匀，。 • 初始不平顺：不合理的打磨工艺 • 振动及滑动： • 钢轨耐磨性
轨下基础—弹性支承块
枕块分离；支承层间冒浆，下沉，水害
轨枕空吊
道床板混凝土开裂
道床板在路基上连续，兰新：单元
道床板与支承层层间分离
道床板上拱或离缝
支承层与下部基础离缝冒浆
Ⅱ型双块式
Ⅰ型板
钢轨
轨道板
桥面混凝土 垫层及梁体
扣件系统
凸形挡台 CA砂浆
Ⅱ型板
梁端转角问题
梁端各1.45m长范围，预留5cm深的凹槽，供嵌入高强度挤塑板。
平台在梁端1.45m范围内减薄到1.5cm， 铺设5cm厚的高强度挤塑板
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在梁面上设3.10m宽、6.5cm 高的平台
底座板纵连施工问题—锁定温度
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扣件和轨枕问题
• 固定、调整钢轨形位；提供合理弹性 • 问题：扣压件折断、扣压力不足； 胶垫老化、残余变形过大 各部件误差大 • 有砟轨道轨枕：裂纹、挡肩 • 无砟轨道： • 有、无砟差别大
钢轨波磨
钢轨正确几何形位（静态）
• 连续不平顺：相同波长和波深连续多个不 平顺 • 一般不平顺波长和波幅有随机性，但经频 率分析，可得几个主要分量 • 有些分量的频率可能与机车车辆某部分固 有频率相同并引起共振
静态不平顺管理-幅值
• • • • • 轨距：容易测量、混凝土轨枕保持好 水平：容易测量、有碴轨道难保持 高低：测量难度大、有碴轨道难保持 轨向：测量难度大、有碴轨道难保持 三角坑：测量难度大、有碴轨道难保持
钢轨工作面连续、平顺
• • • • • • 表面伤损 焊接接头 冻接接头 波磨和侧磨 内部伤损 钢轨廓面与车轮踏面匹配
踏面与廓面
• 在运动学方面，轮对曲线通过时，由于车 轮踏面不是园柱型，不同的轮轨接触点对 应的车轮滚动半径不同 • 合理打磨钢轨廓面使内外轨轮轨接触点合 适，车轮纯滚动地通过曲线，可以减缓侧 磨。 • 同理：超高、扣件
钢轨正确几何形位（动态）
• 轨下基础弹性不均匀，过车时反映出来。 车速越高越敏感。可分为病害型和结构型 动不平顺 • 病害性 扣件失效； 胶垫损坏、胶垫弹性不一致 空吊 人工局部捣固
动态不平顺
钢轨 道床不密实ห้องสมุดไป่ตู้空、吊 板；路基病害等
钢轨位移曲线
结构型动不平顺
• 道岔 • 缓和曲线 • 过渡段：路桥、路涵、路隧、有砟无砟、 路基填方等 • 连续单元式结构：桥梁、板等 • 枕间距：钢轨二次弯沉
养护、维修
• 根据运营条件和轨道结构，保证钢轨 正确工作面（廓面）、几何形位、横 竖向均匀弹性及强度 • 处理线路下部基础问题引起的轨道问 题。（桥、隧、路基问题都会反映到 钢轨） • 维修与运营条件相匹配
维修要点
• • • • • • 钢轨工作面连续、平顺 钢轨正确几何形位（静态） 钢轨正确几何形位（动态） 无缝线路纵向问题 扣件和轨枕问题 轨下基础伤损、病害
波长管理？
• 单波：波长、波深 • 连续波
Ｈ
Ｌ
振幅、频率和相位
• 土木工程一般关心振幅和频率 • 振动幅值：强度（音量、刚轨位移、加速度、 弯矩） • 振动频率：快慢（音色）
T 2 1 f

在数学上：系统相当于一个变换，输入 经系统变换后输出。系统：传递函数
连续多个相同不平顺
１．引起强迫 振动 ２．振动量与 不平顺成正比 ３．若不顺频 率与机车车辆 某部分固有频 率接近或一致， 振动很强度大
蛇行运动振幅随游间而改变，
频率
晃车和交替侧磨
• 如果频率f与车辆的某一固有频率一致，那 么车辆的行驶就会非常不稳定。引起晃车 • 锥度为1：40比锥度为1：20在同样速度下 的波长要长，加速度也小。 • 振动幅度和频率与游间有关（轨距） • 交替侧磨： • 轨距不严格精确一致可能有利于减轻交替 侧磨和晃车
D D'
γ
G
桥梁位移曲线Δ
挠曲力的计算
• 梁在列车荷载作用下， 梁发生挠曲变形 。产 生梁轨相对位移 • 荷载大小不同，挠曲变 形不同：有荷阻尼与无 荷阻尼 • 梁各点纵向位移单独计 算
v0 u 0 a1 a0
b1
b0
h1 h2
θ
d1
c1
u0
c0
d0
PC A PA
Δa
PB B
C
桥枕移位和轨枕拉裂
结构性不平顺--过渡段
• 由于轨下基础刚度不均匀。当列车通过时 ，轮下竖向位移变化，引起车辆线路系统 振动。
过渡段处理原则----• 尽量使轨下基础较软和硬之间连续均匀过 渡 • 在过渡段较软一侧，增大路基基床或道床 竖向刚度 • 加强路基结构，减少路基结构的沉降；减 少路基与桥台之间的刚度和沉降的差异 • 在过渡段较硬一侧，通过设置轨下、枕下 、砟底橡胶垫块(板)来减小轨道刚度。
锁定轨温确定示意图
断缝条件确定 的允许降温幅 度 强度条件确定 的允许降温幅 度 年最高轨温
三个条件同时满 足的范围。一般 此范围应大于１ ０度。 若不满足，无法 铺设，或特殊轨 在此区间取中点为锁定轨温度。 道 考虑施工，范围为中点加减５度。 年最低轨温 有条件时尽量高一些
稳定条件确定 的允许升温幅 度
轨下基础--有砟
• 轨枕浮铺于石砟道床上，靠摩擦力维 护几何形位，不易保持； • 道砟粉化、坍塌、下沉等引起轨枕下 沉、引起轨面不平顺 • 道床脏污，弹性损失 • 刚度度不均匀：密实度、局部捣固等 • 肩宽不够：横向阻力不够
朔黄线道床脏污
道床封盖
封盖道口或脏污地段
轨下基础—无砟
• • • • • • • 弹性支承、块双块式 Ⅰ型板、Ⅱ型板 砂浆 路基沉降、上拱 隧道下沉、地应力 隧道水害 大地不均匀沉降—地下水