枕梁

随着动车组运行速度的不断提升，车辆运行的安全可靠性显得尤为重要。对于高速列车而言，其车体枕梁部分是确保整个列车安全运行的关键结构之一。根据运用特点，对其进行载荷谱编制和疲劳损伤分析研究在工程应用上有着重要的实际意义。在高速列车载荷谱编制方面已经取得了一些成绩，但是对基于不同运用工况下的动车组关键结构疲劳损伤的载荷谱建立工作进展较为缓慢。

枕梁动应力测试与数据处理

枕梁焊接关键部位的两组测点 A和B来观察工况下的损伤状况。其中：A点在牵引梁与枕梁焊缝处；B点在牵引销座与枕梁焊缝处。

试验选择采样频率为500Hz，在尽量少占用存储空间的同时，保证了数据的完整性。在整个测试过程中，各种干扰信号不可避免地进入数据采集系统，并对测试信号产生干扰。对所得到的数据，首先进行去除零点 漂移、小波处理，提高信噪比并将电信号转换为应力信号，从而获得准确的测试结果。再对测点的应力－时间历 程进行雨流计数，得到所需的应力谱。

枕梁典型工况的损伤

由于进出站及进出库等工况对测点的损伤影响较大，在一 个交路测试中占有较大份额。大型高铁站6次完整的数据依照上述方法计算得到其寿命，并验证测试次数是否满足估计平均寿命所需的最小值，对其均值进行了计算。

1　某特大高铁站进站工况：

1)　数据提取与计算

根据随车装载 GPS的坐标信号，找到所需的进站数据段，选取了6次该试验列车进站的数据进行分析，其中5次均承担同 一 交路。根据惯例，每日同一车次应停靠同一站台，那么可以近似认为，这6次所取得的数据 段运行交路相同。在同 一 交路中，可以认为动车组的运用状态是相对稳定的。

2)　数据置信度和均值

假设测点的对数当量寿命遵循正态分布，则母体的平均值即母体中值，由母体中抽取的子样平均值即母体中值估计量。对数中值疲劳寿命9．2345作为母体中值的估计量时，可以满足置信度与相对误差的要求。

2　出入动车段工况：

1)　数据提取与计算

一般情况下动所内线路多选用12号道岔，伴有小半径曲线，并在进出库中有频繁的启停及加减速，但是动车组在此过程平均速度较小，约为10km/h。由于影响因素众多，故难以对动车组进出库工况下枕梁关键点损伤有直观认识。

2)　寿命均值评估

对于小子样试验评估常选用Bootstrap方法，但此法通常要求子样数n≥5较合适。而试验由于进出库的数据段较为有限，故采用半经验虚拟增广子样法使子样数增至5，从而满足 Bootstrap方法的要求。

枕梁各种工况对损伤的影响

有超过16条到发线并有多条线路交汇的高铁站即为大型高铁站。由此可知，试验列车所经过的3个省会城市高铁站均满足上述条件。由于空间不足和线路交汇等原因，在进出这些车站时会经过众多小曲线和较小号道岔。

由于各站进出线路不同，无法直接对其损伤影响进行对比。

考虑某些高铁站高速与普速列车混跑，路况较差，并且建在市区，而有些车站建在较为偏远的郊区，地域空旷、不受城市原有建筑影响等因素有一定关系。

因 300 公里动车组枕梁组成焊接工艺复杂，导致焊接后变形较大，造成枕梁组成平面度超差。如何有效地控制并消除枕梁组成的焊接变形，就成了一个非常关键的技术难点。

枕梁枕梁组成在焊接过程中所受到的内应力

枕梁组焊过程其实就是枕梁下盖板和枕梁型材在焊接局部区域加热后又冷却凝固的热过程 ，但由于不均匀温度场 ， 导致焊件不均匀的膨胀和收缩，从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形。常见的焊接应力有：

（一）纵向残余拉伸应力

因我们后面假定其自动焊焊缝在纵向所受的应力是对等的，又因枕梁纵向沿长度方向的变形对平面度的影响不大，因此纵向应力及变形不作赘述。

（二）横向拉伸残余应力

造成的枕梁下盖板在厚度方向产生的弯曲变形的应力。研究沿厚度方向的应力及焊接变形。在此，还需要增加几个很重要的假定。

1. 线性热源和热极限状态假定。2. 平截面假定。3. 忽略相变的假定。

枕梁工艺设计及平面度超差的调修

由于焊接变形方向很多，因素也很多，仅就挠度方向变形做工艺设计方案。

1。 由于焊接变形挠度过大，从预制反变形角度考虑，由于挠度约为 15mm，预制挠度为 12mm。在自动焊胎位上，厚度方向增加了 12mm进行预制反变形。

2。 在下盖板的反面增加了工艺支撑，起到加强作用，减少变形量。

3。 调整了枕梁组成的焊接顺序，先进行下盖板反面角焊缝的焊接，然后再焊接枕梁内部筋板。

4。 实际生产中，可能会由于很多因素的影响，包括人机物料环都有可能导致枕梁平面度的超差，为此，制定了一套比较简易的工艺调修方案。 2100433B

基于路基纵向裂缝的特点和处治难度，利用土工格栅和级配碎石各自的优良性能，提出了柔性枕梁处治技术。通过有限元分析，研究了不同荷载位置、裂缝宽度、路基侧向滑移和不均匀变形等4种情况下，处治路基结构的受力特点。

将土工格栅与碎石综合使用，形成整体，以发挥各自的优良性能，将此土工格栅内包碎石的组合体命名为柔性枕梁。这2种材料价格便宜、结构简单、施工方便 ，便于规模化应用。

枕梁处治路面结构的力学分析

1　荷载位置影响分析：

对 4种荷载位置分别进行有限元分析。主要原因是柔性枕梁的设置，使处治部分的结构强度与稳定性均优于正常的路面结构，使有可能再次产生裂缝的位置转移到柔性枕梁端部。

2　裂缝宽度影响分析：

实际路基纵向裂缝宽度大小变化不一。计算时裂缝宽度取为 2 cm、 5 cm、 10 cm 及 30 cm。

基层应力及面层最大弯沉均随裂缝宽度的增加而增大 ，但增加幅度较小 ，当裂缝宽度由 2 cm 增加到 30 cm 时，基层应力及路面最大弯沉的平均增长率均小于 8%。 这说明柔性枕梁对纵向裂缝的处治效果较好，在纵向裂缝宽度条件下，柔性枕梁能在很大程度上消除裂缝对路面结构的影响，不会导致路基纵向裂缝反射到路面结构。

3　土基侧向滑移变形影响分析：

假设无任何荷载作用时，在模型裂缝线左侧，柔性枕梁底面以下所有土基结点上施加方向向左的位移边界条件，模拟土基侧向滑移。

4　路基不均匀沉降变形影响分析：

假设无任何荷载作用时，在模型裂缝线左侧，柔性枕梁底面以下所有土基结点上施加向下的位移边界条件，模拟土基不均匀沉降。柔性枕梁内应力随土基不均匀沉降量的增加线性增大，而且增大数值较大。

枕梁处治结构设计参数研究

1　柔性枕梁模量影响分析：

柔性枕梁的模量主要取决于土工格栅的强度、变形性能和级配碎石的强度 ，但并不是两者的简单叠加。在分析柔性枕梁的模量对结构应力及变形的影响时，将柔性枕梁的模量分别取为 35Q、 70Q、 1100和 1500MP_a。

2　柔性枕梁宽度影响分析：

在分析柔性枕梁宽度对结构应力及变形的影响时，柔性枕梁宽度分别取 80cm、120cm、160cm 及200cm。

基层应力及面层最大弯沉随柔性枕梁宽度的增加而减小，但数值变化相对较小，当柔性枕梁宽度由 80cm 增加到 200cm 时，基层应力及面层最大弯沉的平均减小率均小于4%。

3　枕梁厚度影响分析：

分析柔性枕梁厚度对结构应力及变形的影响时，将柔性枕梁厚度分别取为10cm、20cm、 30cm及40cm。

柔性枕梁厚度的增加对基层受力及提高结构整体强度效果非常有限。出于经济性的考虑 ，柔性枕梁厚度不宜过大。在实际处治设计时，柔性枕梁厚度不应超过40cm， 一般取为30cm 左右。

4　柔性枕梁上调整层厚度影响分析：

柔性枕梁上调整层厚度分别取 0cm、5cm、10cm、15cm及20cm，以计算柔性枕梁上调整层厚度对路面结构的影响。

单从荷载作用的角度，柔性枕梁直接铺设在基层底部时对受力及提高结构整体强度有利。但是从另外一个角度考虑，当路基存在不均匀沉降变形时，柔性枕梁上调整层厚度对基层应力有一定影响。

无碴无枕混凝土梁(预应力和普通钢筋混凝土)与道碴桥面梁的区别在于桥上线路的构造。无碴无枕梁取消了道碴和枕木，钢轨系通过扣件直接固定于梁上。

无碴无枕梁的自重较轻，可整孔在工厂预制，并且梁的建筑高度(轨底至梁底)较小，因此无碴无枕梁特别适用于建筑高度受到限制的桥梁上。

无碴无枕梁的桥上线路弹性较差，作用于梁上的冲击力也较大，并且轨道一经铺设后，轨距、轨平的调整就受到限制。

无碴无枕梁有钢筋混凝土梁和预应力钢筋混凝土梁两种。

该梁截面为箱形，梁高采用2．1米。全梁等高，腹板中心距采用1．6米，桥面宽度采用2．4米。因在运输限界以内，故可整孔制造，整孔运送。由于现有的胜利型130吨架桥机架设整孔梁时，吊点处桥面宽度只允许2．I米， 故在吊点附近桥面两侧预留宽0．15米，长1．5米缺口，待梁体架设完毕后再灌混凝土封闭。为了减少摇摆力引起周边变形而产生的应力，避免梁端部由于预加应力引起裂缝，加强段及过渡段长度均采用1．0米。

为铺设钢轨(正轨及护轮轨)，在梁顶设置专门的承轨台，承轨台各宽65厘米，高出梁顶4—6厘米。承轨台沿纵向分段，每段间留有20厘米的空隙以便排水。在灌筑承轨台混凝土时需按扣件螺纹道钉位置设预留孔。

该梁采用85吨三作用千斤顶和锥形钢锚具。两梁梗之钢丝束分批对称张拉。每根管道由2根直径48毫米橡胶管在跨中用铁皮管套接构成。

人行道角钢支架的间距采用2米。人行道步板采用槽型板纵向铺设。为了维修检查的需要，在梁的两端顶板上设一进人孔。

轨道客车的车底架枕梁是底架和转向架连接的地方，它受力较大，负担全车的重量，并通过心盘将重量传给走行部。因此枕梁是车辆中的重要部件，对其结构形式的研究在车辆制造工艺、结构强度和运动平稳性等多方面具有实际意义 。2100433B

①《战国策·齐策四》：“三窟已就，君姑高枕为乐矣。”

②汉·扬雄《上书谏勿许单于朝》：“故北狄不服，中国未得高枕安寝也。”

③唐韩愈《与凤翔邢尚书书》：“戎狄弃甲而远遁，朝廷高枕而不虞。”

④《敦煌变文集·山远公话》：“但贱奴若得道安论文；如渴得浆；如寒得火；请相公高枕无忧。”

⑤明·王铎《太子少保兵部尚书节寰袁公神道碑》：“公（袁可立）上其事，大约谓……笼天下盐铁之利，则军帅无侵渔，逴行无绝饷，而中国可高枕矣。”

⑥明·罗贯中《三国演义》第一百四回：孔明已死，我等皆高枕无忧矣。

⑦《花月痕》第四七回：“皖不肃清，我能高枕么？”

清·汪懋麟《赠于鼎文冶迭前韵》：“饱贪羊酪思高枕，纵癖鱼餐嬾上船。”