北京地鐵鋼軌波磨的機理及整治方案研究.pdf

1、鋼軌波磨是指在鋼軌走行帶表面出現的像波浪一樣規(guī)律性凸、凹不平的不均勻磨耗現象。世界上約40％的軌道結構都會產生波磨的危害，高昂的維修養(yǎng)護成本和重大安全隱患讓鋼軌波磨問題成為世界軌道交通界亟待解決的問題。由于其影響因素眾多，持續(xù)了近百年的鋼軌波磨的研究至今仍然是一個充滿了挑戰(zhàn)的難題。
　　隨著我國城市軌道交通的迅猛發(fā)展，鋼軌波磨問題在新開通運營線路上大規(guī)模爆發(fā)。在北京市科學技術委員會項目“北京軌道交通減少異常波磨的綜合減振技術研究”

2、(Z101106000410004)、北京市交通委員會項目“北京軌道交通異常磨耗調查及治理措施實驗研究”(C12100021)基金的支持下，經過近七年的深入研究，相關研究成果已陸續(xù)在國內外公開發(fā)表，并在北京地鐵鋼軌波磨整治的實際應用中得到驗證，其核心研究成果形成了本文的主要內容，具體闡述如下:
　　(1)本文結合北京城市軌道交通面臨的實際問題，對文獻進行了回顧和梳理，涵蓋了鋼軌波磨問題的研究歷史及研究現狀、鋼軌波磨的分類、鋼軌波磨

3、發(fā)生的機理假說、鋼軌波磨的治理措施以及各國城市軌道交通中出現的鋼軌波磨的典型案例等;
　　(2)為明確鋼軌波磨幾何特征以及評價鋼軌波磨的發(fā)展提供有效的數據支持，本文引入波磨精確測量及評價方法，并將其應用于北京地鐵鋼軌波磨的研究及整治工作中;
　　(3)經過大規(guī)?，F場調研統(tǒng)計、鋼軌波磨特性測試、運營條件下軌道動力響應現場測試、軌下支點結構靜力特征試驗室實驗、鋼軌頻率響應特征試驗室實驗、鋼軌阻尼特征實驗室實驗、軌道動力響應特性解

4、析模型分析、輪對動力響應特性數值分析等工作，明確了北京地鐵鋼軌波磨的特征、導致鋼軌波磨發(fā)生及發(fā)展的主要影響因素;
　　(4)針對導致鋼軌波磨的本質，對在波磨發(fā)生階段誘發(fā)具有特征波長波磨現象的機理進一步分析，提出了軌下支點結構模態(tài)誘導型鋼軌波磨發(fā)生的機理假說:當受軌下支點結構模態(tài)影響的鋼軌模態(tài)頻率與輪對的反共振頻率相吻合時，將激發(fā)軌道及車輛輪對系統(tǒng)在該頻率范圍內的劇烈相互作用，造成輪軌接觸面上材料的磨耗損傷，在反饋-循環(huán)機制下，最終

5、形成與軌下支點結構模態(tài)頻率相對應的具有某種特征波長的鋼軌波磨現象;
　　(5)基于本文提出的鋼軌波磨的發(fā)生機理，提出了改變軌下支點的結構模態(tài)剛度和阻尼兩種措施，并對兩個整治試驗段的波磨發(fā)展情況分別進行了長達一年的波磨發(fā)展跟蹤測試，驗證了兩種整治措施的有效性。
　　本文所研究的鋼軌波磨問題是我國城市軌道交通在快速發(fā)展過程中所遇見的新問題，與其他國家遇到的波磨問題相比，北京地鐵爆發(fā)的鋼軌波磨也具有顯著的特殊性，以此為背景開展針對

6、性的研究具有理論和工程應用創(chuàng)新。經過系統(tǒng)的研究，本文取得的創(chuàng)新性研究成果如下:
　　(1)在軌道結構動力解析中，采用隨頻率變化的軌道剛度計算方法，發(fā)現了軌下支點結構模態(tài)對鋼軌動力響應的重要影響以及對鋼軌波磨特征波長的決定性作用;
　　(2)提出了軌下支點結構模態(tài)誘導型鋼軌波磨機理假說，豐富了世界鋼軌波磨的理論;
　　(3)為整治北京地鐵剪切型減振器地段的鋼軌波磨，根據理論分析結果，提出了改變軌下支點的結構模態(tài)剛度和阻尼