Influenza del gradiente di temperatura del binario in soletta sulle risposte dinamiche del treno

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14638 (2022) Citare questo articolo

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La temperatura è un carico importante per i binari senza massicciata. Tuttavia, vi sono poche ricerche sulle risposte dinamiche del sistema quando un treno viaggia su un binario senza massicciata sotto il gradiente di temperatura del binario senza massicciata. Considerando il treno in movimento, il gradiente di temperatura del binario con soletta, la gravità del binario con soletta e la non linearità di contatto tra le interfacce del binario con soletta, un modello dinamico per un treno ad alta velocità che corre lungo il binario con soletta CRTS III sul sottosuolo è sviluppato da un accoppiamento non lineare modo in ANSYS. Con il modello vengono teoricamente studiate le risposte dinamiche del sistema al gradiente di temperatura del binario della soletta con diverse ampiezze. I risultati mostrano che: (1) Le proporzioni della forza iniziale e della sollecitazione causate dal gradiente di temperatura del binario della soletta sono diverse per i diversi elementi di calcolo. La forza di tensione iniziale del dispositivo di fissaggio e la sollecitazione di flessione positiva della soletta hanno proporzioni elevate che superano il 50%. (2) Le risposte dinamiche massime per il binario con soletta non sono uniformi lungo il binario. La massima sollecitazione di flessione della lastra, l'accelerazione della lastra e l'accelerazione della base in calcestruzzo appaiono rispettivamente al centro della lastra, all'estremità della lastra e all'estremità della base in calcestruzzo. (3) Le accelerazioni massime dei componenti del binario appaiono quando la ralla o la sesta ruota supera il punto di misurazione e dovrebbero essere utilizzate almeno due vetture. (4) Il gradiente di temperatura della pista in lastre ha una piccola influenza sull'accelerazione della carrozzeria. Tuttavia, gli influssi sull’accelerazione della soletta, sull’accelerazione della base in calcestruzzo, sulla forza di tensione degli elementi di fissaggio sono grandi, e l’influenza sulla sollecitazione di flessione della soletta è enorme.

Il binario senza zavorra è una tecnologia moderna nel settore ferroviario. Rispetto al binario con zavorra, il binario senza zavorra presenta vantaggi significativi, come una migliore uniformità di rigidità, eccellente integrità, minori costi di manutenzione, maggiore stabilità di marcia e migliore durata. Con lo sviluppo economico e tecnologico, è stato ampiamente utilizzato in tutto il mondo1.

Esistono quattro tipi principali di binari senza massicciata utilizzati in Cina2: il binario a lastre I, II e III del China Railway Track System (CRTS) e il binario senza massicciata a doppio blocco (DB). Le malte di cemento-asfalto (CA)3 nei binari in soletta CRTS I e II, che si danneggiano facilmente, sono sostituite dal calcestruzzo autocompattante nel binario in solette CRTS III4 per ridurre efficacemente i lavori di manutenzione. Dal 2010, molte ferrovie ad alta velocità in Cina hanno adottato il binario a soletta CRTS III per le sue elevate prestazioni.

Oltre ai suoi vantaggi, il binario senza massicciata presenta i suoi limiti. Una limitazione è l'influenza del carico termico. La Figura 1 mostra lo schema della deformazione iniziale e del gap causati dal gradiente di temperatura del binario senza massicciata. La traccia deformata e il gap influenzano negativamente le risposte dinamiche del sistema e dovrebbero essere studiati in dettaglio.

Lo schema della deformazione iniziale e del gap causato dal gradiente di temperatura del binario senza massicciata.

Il carico termico è un tipo di carico vitale per il binario senza massicciata. Sono stati fatti molti studi sulla distribuzione della temperatura nel binario senza massicciata. Ou e Li5 hanno previsto il campo di temperatura nella traccia della lastra CRTS II utilizzando una soluzione analitica unidimensionale. Yang et al.6 hanno creato un modello tridimensionale (3D) del campo di temperatura del binario DB senza zavorra considerando la posizione geografica e le condizioni ambientali per calcolare la distribuzione della temperatura del binario in base ai dati climatici. Lou et al.7 hanno presentato un modello di azione della temperatura adatto per binari e strutture di ponti DB senza zavorra per studiare le regolarità di distribuzione degli spettri di temperatura e la relazione tra la temperatura atmosferica e la struttura. Liu et al.8 hanno studiato la distribuzione della temperatura e i suoi fattori di influenza nello strato di supporto in asfalto del binario in soletta CRTS III combinando simulazione numerica e misurazione sul campo. Zhao et al.9 hanno costruito un campione in scala con binario a soletta CRTS II su un ponte a trave in un laboratorio per studiare le leggi di distribuzione della temperatura. Utilizzando materiale a cambiamento di fase, Jiang et al.10 hanno progettato un nuovo rivestimento nel binario della lastra CRTS II per ridurre l'incurvamento della lastra causato dalla continua alta temperatura ottimizzando gli effetti di isolamento del rivestimento con diversi moduli.