城市轨道交通9号道岔刚度分布规律现场测试分析

刘 伟 翟 淼

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031)

城市轨道交通9号道岔刚度分布规律现场测试分析

刘 伟 翟 淼

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031)

以东莞城市轨道交通R2线的陈屋站道岔为例，从钢轨垂向振动位移、轮轨动态作用力、辙叉轨底应力以及钢轨振动加速度等方面，测试分析了9号道岔刚度的分布规律，结果表明：刚度均匀化后的9号道岔岔区刚度沿线路纵向分布趋于均匀，岔区轨道结构振动强度及应力水平有所降低，具有减弱轨道结构动力学响应的效果。

城市轨道交通，道岔，纵向刚度，分布规律

1 测试背景及目的

为了得出城市轨道交通中岔区刚度分布规律，建立了岔区轨道刚度动力学计算模型，提出了相应的刚度均匀化方案[1]，并将研究成果应用于东莞城市轨道交通R2线。本次测试旨在得出岔区轨道结构整体刚度沿线路纵向分布规律，以验证岔区刚度分析方法与计算模型的正确性；同时分析经过均匀化设计和未经过均匀化设计的道岔轨道结构动力学响应，检验岔区刚度均匀化设计的工程效果。

2 测试内容

本次岔区刚度测试主要内容是测试传统设计9号道岔和经刚度均匀化设计的9号道岔在不同行车速度条件下的岔区钢轨垂向振动位移、轮轨动态作用力、辙叉轨底应力以及钢轨振动加速度。

3 主要测试设备仪器

本次测试仪器设备主要有imc 32通道信号采集仪两台，笔记本电脑两台，弹片式位移计20个，1000g朗斯加速度传感器5个，配套数据线若干，以及其他相关测试必须品。

4 具体测点选取

本次测试选址东莞城市轨道交通R2线的陈屋站。陈屋站道岔分布图如图1所示。

陈屋站内有9号交叉渡线(线间距4.6 m)一组和9号单开道岔六组，其中经刚度均匀化设计的单开道岔(图1中星号标注处)两组，一组在站台内，另一组则距离站台有近百米。考虑到站台处车辆停靠，无法以较高速度通过等原因，本次测试选取最右侧的一组刚度均匀化设计单开道岔为测试对象展开测试。该组道岔所在线路为上行线，与之相配的下行线同一位置处恰有一组传统设计9号道岔，两组道岔线路里程相同，线型、钢轨件等条件亦完全相同，仅板下垫板刚度设置不同，且仅一墙之隔，测试结果可用来做比较分析(见图2)，具体测点布置及相应测试内容见图3。

5 测试结果

由图4～图7可知：1)区间线路钢轨垂向位移最大，其轨道整体刚度比岔区轨道整体刚度要小。经刚度均匀化设计后，间隔铁处板下垫板刚度经人为调低，钢轨垂向位移随之增大，轨道刚度降低，岔区轨道刚度整体趋于均匀。2)区间线路轨道整体刚度比岔区轨道整体刚度稍小。经刚度均匀化设计的9号道岔因垫板刚度的分区优化设计，使得轨道刚度分布规律整体上有所改善，轨道刚度沿线路纵向分布趋于均匀。但是，被测道岔的刚度分布与理论设计的刚度效果仍有偏差，整体上偏大10 kN/mm左右，局部离散性也较大。这与施工质量、道岔实际运营状态以及测量误差等因素有关。3)经刚度均匀化设计后，无论列车空载过岔还是满载过岔，叉心轨底应力，即岔区钢轨件应力水平均有所降低。刚度均匀化设计使得岔区钢轨件应力水平总体上有所降低，且沿线路纵向更加均匀。4)总体上看，经刚度均匀化设计后，无论列车空载过岔还是满载过岔，尖轨跟端及叉心翼轨处钢轨垂向振动加速度均大幅降低。而且，尖轨跟端与叉心处钢轨垂向振动强弱差距也大幅缩减，沿线路纵向，轨道结构振动强度差异大幅缩小。

6 结语

1)刚度均匀化设计的9号道岔因垫板刚度的分区优化设计，人为调低了尖轨跟端间隔铁等轨道刚度较大的关键截面处的刚度，使得岔区轨道刚度分布规律整体上有所改善，轨道刚度沿线路纵向分布趋于均匀。

2)刚度均匀化设计的9号道岔较传统道岔在尖轨跟端间隔铁处及叉心处，橡胶垫板刚度均被人为调低，这一优化设计使得这两处钢轨垂向振动加速度及叉心轨底应力均有所降低，尤其是钢轨振动加速度幅值降低效果明显。这说明刚度均匀化设计可以降低岔区轨道结构振动强度及应力水平，具有减弱轨道结构动力学响应的效果，有助于减少线路的养护维修工作量。

[1] 张艳平,姚 力,刘大园.城市轨道交通线路道岔区轨道刚度分布特征及均匀化研究[J].城市轨道交通研究,2014(9)：108-109.

[2] 陈小平,王 平.时速350 km客运专线无砟道岔的合理轨道刚度研究[J].铁道标准设计,2011(2)：136-137.

[3] 朱剑月,谢国维,罗雁云,等.轨道结构横向刚度改变对轮轨动力性能影响[J].城市轨道交通研究，2002(3)：89-90.

[4] 赵国堂.铁路轨道刚度的确定方法[J].中国铁道科学,2005,26(1):1-6.

[5] 刘学毅.轨道刚度影响分析及动力学优化[J].西南交通大学学报,2004,39(1):1-5.

In-situ test analysis of rigidity distribution law of urban rail transit turnout No.9

Liu Wei Zhai Miao

(ChinaRailway2ndInstituteGroupCo.,Ltd,Chengdu610031,China)

Taking Dongguan urban rail transit line R2 Chenwu station turnout as an example, starting from aspects of vertical vibration displacement of steel rail, dynamic action force of wheel track, frog bottom stress and steel rail vibration acceleration, the paper tests and analyzes turnout No.9 rigidity distribution law. Results show that: vertical rigidity distribution of turnout No.9 after rigidity uniformity tends to be even; the rail structure of the turnout area vibration strength and stress level reduce, which obtains the effect of weakening dynamic response of rail structure.

urban rail transit, turnout, vertical rigidity, distribution law

1009-6825(2017)03-0138-02

2016-11-20

刘 伟(1986- )，男，硕士，工程师； 翟 淼(1985- )，女，工程师

U213.6

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