铁路钢轨动应力随速度增加变化试验

高速化、重载化一直是铁路运输追求的目标，列车不断提高运行速度，钢轨在高速列车荷载作用下，动应力的变化已成为很重要的问题。而本文就是通过现场测试和数据分析得出高速列车荷载作用下钢轨动应力随行车速度增加的变化规律和钢轨动力系数的计算公式，以及线路的平顺性状况。

测试方法及仪器

采用电阻应变法进行现场测试，在钢轨上粘贴应变片，连成惠斯通电桥，电阻应变片感应钢轨在列车动荷载作用下的应变，使电桥失去平衡，输出电压到动态电阻应变仪；不平衡电压经过动态电阻应变仪的放大处理，输入到数据采集仪中；在采集仪中实现A/D转换，将电压信号转换成数值信号；然后计算机通过采集软件将数值信号的数据记录下来，完成测试工作。*后再通过对数据进行分析处理，得出结论。

所用的仪器为JHDY-32动态电阻应变仪，*高能同时完成32个通道的动态采集工作，其配套的软件可自动完成数据的采集及分析处理。

测点布置：本次试验共选五个钢轨测点，沿线路纵向布置。每个测点有两个应变片对称地贴在钢轨横断面形心的两侧，和另外两个温度补偿片一起组成全桥桥路。

测试结果及分析

1.实测波形

典型的钢轨动应力波形上的*值点即是了列车对经过该测点的动应力响应。列车轮对*心经过测点之后，测点的应变状态马上就恢复原状，所以*值之间的波形往往近似直线，动应力基本上是*，倘若在规则的*值点之间出现*值，必定是无效的干扰信号。

在实际测量中，列车的噪声信号以及沿线高压输电线路产生的电场影响往往混入原始信号，给后期的数据处理是通过滤波处理，去趋势等软件功能可轻松分离出应力波形。

本次试验中一共测得50组数据，列车经过测站时的实际速度在155km/h~310km/h之间。

2.动力系数与速度关系

单个测点的动力系数与速度的关系显得较离散，但是观察速度与该速度下各测点平均动力系数的关系散点图，就可以发现明显的规律性。整体上看，在实测的速度范围内，行车速度从155km/h开始增加时，钢轨的动力系数首先是随着速度的增加而逐渐变大的，但是一旦行车速度增加到某一值后，动力系数会达到一个峰值，随后随着速度的增加而逐渐减小。这反映了在铁路的提速过程中，钢轨的抗冲击能力并非总是限制性因素，只要能满足产生冲击峰值时的速度要求，就不再是继续提速的障碍。

在实际测得的速度范围内，按线性变化统计分析，并取95%置信区间得到动力系数的外包络线方程式。

当150<V<250时；K=1.059+3.437*10^-3*V（1）

当250<V<320时；K=4.491-1.029*10^-2*V（2）

式中：K——动力系数；V——行车速度（km/h）.

3.线路纵向钢轨动应力

高速铁路对线路的平顺性要求比较高，而列车与钢轨之间的作用力是影响列车舒服度，反映线路平顺性、列车运行平稳性的重要指标。图中的各个速度区域内，五个钢轨测点的*大动应力平均值相差不大，用折线相连起伏不大，而且，速度较大时也并不比速度较小时的起伏更大。可见，线路的平顺性较好，能够满足较高速度的行车要求。

结论

测试表明，列车行车速度在150km/h~250km/h之间时，钢轨动力系数是随速度增加而变大的，可按式1计算；行车速度在250km/h~350km/h之间时，钢轨动力系数是随速度增加而变小的，可按式2计算。

速度*大时，钢轨动应力沿线路纵向变化曲线的起伏并没有明显的*大，线路的平顺性能够满足所测速度范围内的行车要求。