摘要：高速列车通过路隧过渡段时会产生一定的附加动力响应，增大列车出现轮重减载率、脱轨系数超出规范要求，甚至直接造成列车脱轨的风险。本文利用FORTRAN语言编制车辆-轨道-过渡段大耦合垂向分析系统，研究不同轨面弯折角情况下高速列车通过过渡段时的动力响应，进而为后续采取相应的工程措施提供技术支撑。
关键词：高速铁路；路隧过渡段；高速列车；动力特性
高速列车通过路隧过渡段时会产生一定的附加动力响应，增大列车出现轮重减载率、脱轨系数超出规范要求，甚至直接造成列车脱轨的风险[1-2]。然而，随着西部大开发战略的实施，我国高速铁路建设的中心已经逐渐由东南沿海向西南山区转移，在建的成贵高铁、云桂高铁、成兰铁路以及川藏铁路等均穿越了大量的隧道工程，进行形成了大量的路桥、路隧等过渡段[3-5]。基于此，本文将利用FORTRAN语言编制车辆-轨道-过渡段大耦合垂向分析系统，研究不同轨面弯折角情况下高速列车通过过渡段时的动力响应，进而为后续采取相应的工程措施提供技术支撑。
1高速铁路路隧过渡段垂向大耦合分析模型
高速列车路隧过渡段垂向大耦合分析模型涉及到车体、轨道及轨下系统，不同子系统之间相互影响、相互作用，十分复杂。为此，本文在已有成果的基础上，建立了涵盖车辆-轨道动力学模型、轨道-路基动力学模型的综合分析模型，见图1。
图1 高速列车路隧过渡段垂向大耦合分析模型
2路涵过渡段对机车动力学指标影响规律
为了研究车体的竖向和横向加速度，本文在车体中央部位设置1个Marker点，以观测车体加速度；为了研究轮轨接触力，本节在车体导向轨的左前轮处设置1个Marker点，以观测轮轨接触的横向力和垂向力的变化。为了消除机车启动、停止时对动力学指标的影响，本文将轨道不平顺数据的开始点设为X=500m，并且将最后的计算结果中的X=1800~2000范围内的数据略去。本节所采用的相关参数见文献[6]，轨面弯折角示意图见图2，计算模型如图3所示。
图3 轨面弯折角示意图
注：图中Y轴表示轨道上表面的标高（mm）；X轴表示轨道的距离（m），该图表示的弯折角为1.0‰，弯折角的起始点为X=1500m处。
3计算结果分析
为了研究轨面弯折角与机车及轨道各项动力学指标之间的关系，本节考虑了弯折角为0.15%、0.14%、0.13%、0.12%、0.11%、0.10%、0.09%、0.08%、0.07%、0.06%、0.05%、0.04%、0.03%、0.02%、0.01%共15种工况，同时考虑每一种工况下的轮轨横向力、轮轨垂向力、车体垂向加速度、车体横向加速度、脱轨系数、轮重减载率六项指标。具体计算结果见图4。
图4 各项指标随轨面弯折角的变化规律
本次仿真计算采用的评定标准依据《高速铁路设计规范》（TB10621-2014）。由图4可知：车体竖向加速度、车体横向加速度、 轮轨垂向接触力、 轮轨横向接触力、轮重减载率五项力学参数随弯折角的变化，呈线形分布。机车的脱轨系数随轨面弯折角的变化，基本上保持恒值。同时，弯折角位于0.1‰~1.5‰范围内时，轮轨横向力、轮轨垂向力、脱轨系数、车体的竖向加速度四项指标均满足要求。弯折角位于0.1‰~1.1‰范围内时，车体的横向加速度满足规范要求；弯折角位于1.2‰~1.5‰范围内时，不满足规范要求，车体横向加速度计算值偏大。弯折角位于≤0.8‰的范围内时，轮重减载率满足要求。
4结语
（1）车体竖向加速度、车体横向加速度、 轮轨垂向接触力、 轮轨横向接触力、轮重减载率五项力学参数随弯折角的变化，呈线形分布。机车的脱轨系数随轨面弯折角的变化，基本上保持恒值。
（2）弯折角位于0.1‰~1.5‰范围内时，轮轨横向力、轮轨垂向力、脱轨系数、车体的竖向加速度四项指标均满足要求。弯折角位于0.1‰~1.1‰范围内时，车体的横向加速度满足规范要求；弯折角位于1.2‰~1.5‰范围内时，不满足规范要求，车体横向加速度计算值偏大。弯折角位于≤0.8‰的范围内时，轮重减载率满足要求。
5基金支持
[1] 四川省科技支撑计划，高速铁路无砟轨道密集型路隧过渡段设计理论及关键技术研究，2016GZ0338；
参考文献
[1]Yang Changwei，Tong Xinhao，Zhang Jianjing，Zhu Haobo. A New Design of Bridge-Subgrade Transition Sections Applied in Beijing-Shanghai High-Speed Railway，Complexity，2018，Article ID 1249092，pp:1-11.
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论文作者:于来波,李龙飞,付晓
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/16
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