• ISSN 0258-2724
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弹性分开式扣件板下组合刚度理论模型设计方法

韦凯 王显 丁文灏 骆婷 赵泽明

韦凯, 王显, 丁文灏, 骆婷, 赵泽明. 弹性分开式扣件板下组合刚度理论模型设计方法[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(5): 1000-1007. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200860
引用本文: 韦凯, 王显, 丁文灏, 骆婷, 赵泽明. 弹性分开式扣件板下组合刚度理论模型设计方法[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(5): 1000-1007. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200860
WEI Kai, WANG Xian, DING Wenhao, LUO Ting, ZHAO Zeming. Theoretical Design Method for Composite Stiffness under Baseplate of Elastic Indirect Fasteners[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(5): 1000-1007. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200860
Citation: WEI Kai, WANG Xian, DING Wenhao, LUO Ting, ZHAO Zeming. Theoretical Design Method for Composite Stiffness under Baseplate of Elastic Indirect Fasteners[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(5): 1000-1007. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200860

弹性分开式扣件板下组合刚度理论模型设计方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200860
基金项目: 国家自然科学基金(51425804,51978583);四川省科技支撑计划(2021YFSY0061)
详细信息
    作者简介:

    韦凯(1980—),研究员,博士后,研究方向为高分子材料减振轨道动力特性影响研究及车辆-轨道耦合系统动力学,E-mail:weimike@home.swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: U213.5

Theoretical Design Method for Composite Stiffness under Baseplate of Elastic Indirect Fasteners

  • 摘要:

    为探究弹性分开式扣件系统板下组合刚度的科学设计方法,明确传统计算模型(简称传统模型)的设计误差并提高设计精度,提出了一种基于非线性弹性地基梁的板下组合刚度理论计算模型(简称理论模型). 首先,将弹性垫板非线性弹性引入地基梁系统中,并将梁段划分为多个计算单元,从而建立反映铁垫板实际变形特征与板下支承特征的板下组合刚度理论模型,并采用中点刚度法求解锚固螺栓紧固扭矩与列车荷载施加过程中铁垫板的变形曲线与板下组合刚度;其次,采用力学试验机测试DZ Ⅲ型扣件系统在真实服役状态下铁垫板的变形与组合刚度,验证本文理论模型的正确性;最后,分析传统模型与理论模型在不同安装状态(螺栓扭矩)、铁垫板设计参数(铁垫板厚度、锚固螺栓间距)下的板下组合刚度,明确传统模型设计误差在不同铁垫板设计参数下的变化规律. 对比分析表明:由于未考虑铁垫板变形与板下垫板非线性弹性的影响,传统模型在安装扭矩范围(150 ~ 250 N•m)内的设计误差范围为37.75% ~ 94.27%,已无法满足工程设计的误差要求;本文提出的理论模型最大误差仅为2.91%,符合工程设计要求;铁垫板厚度较低或螺栓间距较宽时,铁垫板实际变形状态与传统模型中的计算假设差异将被放大,传统模型的设计误差也将进一步变大.

     

  • 图 1  传统弹性分开式扣件组装静刚度模型

    Figure 1.  Traditional model for static stiffness of elastic indirect fastener assemblies

    图 2  板下组合刚度理论计算图示

    Figure 2.  Theoretical model of combined stiffness under baseplate

    图 3  板下组合结构变形计算流程

    Figure 3.  Flow chart of deformation calculation forcombined structure under baseplate

    图 4  铁垫板测点布置

    Figure 4.  Layout of measuring points on baseplate

    图 5  板下组合刚度测试装置

    Figure 5.  Test device of combined structure under baseplate

    图 6  板下垫板荷载位移曲线

    Figure 6.  Load-displacement curve of baseplate pad

    图 7  垫板位移-刚度曲线

    Figure 7.  Stiffness-displacement curve of baseplate pad

    图 8  理论模型计算结果与实测对比

    Figure 8.  Comparison between results of theoretical model and actual measurement

    图 9  不同铁垫板厚度不同扭矩下的板下组合刚度

    Figure 9.  Combined stiffness under baseplate with different baseplate thicknesses and torques

    图 10  不同螺栓间距不同扭矩的板下组合刚度

    Figure 10.  Combined stiffness under baseplate with different bolt distances and torques

    表  1  铁垫板相关参数

    Table  1.   Related parameters of baseplate mm

    铁垫板参数
    长度 l362
    厚度 d18
    宽度 b170
    调距垫板长度 dk84
    列车荷载作用宽度 s169
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    表  2  荷载工况参数

    Table  2.   Load condition parameters

    荷载工况螺栓预紧力/kN列车荷载/kN
    螺栓扭矩 150 N•m3650
    螺栓扭矩 200 N•m48
    螺栓扭矩 250 N•m60
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    表  3  计算工况表

    Table  3.   Calculation conditions

    计算工况铁垫板
    厚度/mm
    锚固螺栓
    间距/mm
    锚固螺栓
    扭矩/(N•m)
    12,15,18,
    21,24,27
    194150,200,250
    18278,328,378,428,478,528
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-23
  • 修回日期:  2021-04-09
  • 网络出版日期:  2022-07-11
  • 刊出日期:  2021-09-07

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