机械工程学报

作者：陈兆玮, 王浪, 袁密奥, 李世辉, 蒲前华, 杨吉忠, 陈志辉

单位：1. 重庆交通大学机电与车辆工程学院 重庆 400074;2. 中铁二院工程集团有限责任公司科学技术研究院 成都 610031

关键词：车辆-轨道-桥梁相互作用,齿轨铁路,超大坡度桥梁,运行安全,动态特性；

基金：国家自然科学基金(52008067)、重庆市自然科学基金(CSTB2022NSCQ-MSX1193)、重庆市教育委员会科学技术研究(KJZD-M202300701)和重庆交通大学研究生科研创新(2023S0073)资助项目。

我国新规划山区齿轨铁路中存在超大坡度桥梁结构，在其运营过程中(特别是温度作用下)，由于桥梁与齿轨的结构连续性不同，桥梁端部纵向伸缩变形远大于齿轨变形，引发齿轨局部应力过大，导致结构损伤，威胁车辆运行安全。针对温度荷载引起的车辆-齿轨(轨道)-桥梁系统非线性动力相互作用问题，基于车辆-轨道耦合动力学理论，详细考虑齿轮-齿轨非线性啮合行为和轮轨非线性接触行为，构建温度荷载下车辆-齿轨(轨道)-桥梁系统非线性动力作用研究方法和理论模型；在此基础上研究温度荷载、齿轮-齿轨作用、轮轨作用及多荷载耦合对齿轨变形、振动及应力等力学特性影响，提出保证超大坡度桥梁-齿轨系统匹配和行车安全性方法。研究表明，不同荷载下，桥梁间隙附近齿轨与桥梁变形存在不协调性，齿轨及螺栓出现断裂，严重威胁齿轨系统安全性；齿轨振动主频在100 Hz左右；齿轨应力主要为拉压应力及弯曲应力，最大应力为898 MPa，超过齿轨抗拉强度；紧固件螺栓最大剪切应力为1.51×103 MPa，达到剪切强度643%。建议采用弹性扣件连接齿轨和轨枕能够有效降低齿轨和螺栓的应力，保障齿轨系统安全性。研究成果可为我国齿轨铁路前期设计及后期运维提供理论依据。

来源：2023年第18期

《机械工程学报》期刊编辑部

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