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为满足高速行车的平稳性和安全性要求，需要铁路轨道具有很高的平顺性和稳定性。无砟轨道在运营期间长期暴露于复杂的自然环境中，长期承受列车动荷载和温度影响，难以避免地出现各种伤损，如板下CA砂浆脱空、扣件刚度变化、轨道板翘曲等，而且多种伤损形式可能会同时出现，将对行车平稳性和安全性造成一定的影响，因此研究各种伤损及其组合对高速轮轨系统动力特性的影响，从面得到典型伤损的允许限度，是无砟轨道维修养护中的关键问题。 本文根据对中国无砟轨道损伤的现场调查，总结了CRTSⅠ型板式轨道的损伤特点，应用轮轨系统动力学基本原理，建立了车辆-板式轨道空间耦合动力计算模型与方法，较为全面地计算分析了板下脱空、扣件刚度变化、温度梯度及其组合对轮轨系统动力响应的影响，研究典型伤损或缺陷的影响特点及允许限值，以期能为高速铁路无砟轨道的运营维修提供一定的参考。 (1)车辆-轨道耦合空间动力模型 针对CRTSⅠ型板式轨道结构与技术特点，对车辆-轨道模型做相应的简化，运用轮轨系统耦合动力学和有限元法，借助ANSYS/LS-DYNA有限元软件，建立了典型伤损影响的车辆-轨道空间耦合动力计算模型，讨论了主要计算参数的选取，借助已有研究成果和试验数据，对计算模型进行了验证。 (2)板下脱空对轮轨系统动力特性的影响 对不同砂浆脱空宽度、长度、位置以及不同行车速度的情况下的轮轨系统的动力特性进行了研究。研究结果表明，较大的板下脱空引起轮重减载率明显的增加，可能严重影响行车安全性，建议将板下脱空限制在1.0m以内。 当砂浆脱空沿轨道横向没有贯通时，对车辆动力响应影响不大，但对轨道动力响应的影响较大;脱空沿轨道横向贯通时，当脱空长度小于1.0m时，对车辆与轨道动力影响较小，脱空长度大于1.0m时，影响明显增加，尤其当脱空长度为1.6m时，轮重减载率达到0.82超过限值，钢轨垂向位移最大值达到1.92mm接近限值。随行车速度增大，轮轨系统动力作用显著增大，脱空长度1.4m、车速350km/h时，轮重减载率达到1.0。通过相邻钢轨支点位移差可估计轮重减载率，车速300km/h，位移差0.95mm时，减载率超过限值0.8，车速350km/h，位移差0.5mm时，减载率超过限制。 (3)扣件刚度变化对轮轨系统动力特性的影响 对扣件刚度整体变化和刚度突变条件下，轮轨系统的动力响应进行了计算分析，研究结果表明，扣件刚度变化对车体加速度即行车平稳性影响不明显，对轮重减载率有较大影响，尤其是刚度突变时减载率增加显著，可能对高速行车的安全性造成严重影响，建议严格控制扣件刚度突变，车速350km/h地段不允许造成刚度突变的异常扣件出现。 扣件刚度由20kN/mm整体增至120kN/mm时，减载率由0.34增至0.6，表明扣件刚度整体增大对行车安全性产生不利的影响。2个扣件异常的最不利分布是，异常扣件出现在同一轨道横断面的情况;3个扣件异常的最不利分布是，其中一股钢轨下出现2个异常扣件且相隔两倍固定轴距，另一股钢轨下出现1个异常扣件且位于正中。随着行车速度增大，轮重减载率随之明显增大，车速300km/h时，2个异常扣件可使减载率达到0.89，3个异常扣件可使减载率达到1;车速350km/h时，1个异常扣件可使减载率达到0.84，2个及以上异常扣件可使减载率达到1。 (4)板下脱空与扣件刚度变化共同作用对轮轨系统动力特性的影响 针对板下脱空与扣件刚度变化同时作用，计算分析了轮轨系统动力响应特点。研究表明，当扣件刚度为20kN/mm、板下脱空长度为1.2m时，钢轨垂向位移为2.14mm已超过允许限值，建议扣件刚度不宜小于30kN/mm。当扣件刚度大于80kN/mm时，轮轨垂向力波动明显，减载率增加较大，因此建议扣件刚度因老化等原因增大到80kN/mm时，考虑进行胶垫更换。板下脱空与异常扣件同时存在时，随车速增大，轮重减载率显著增大，车速300、350km/h时，减载率均达到1.0，建议严格检查控制，防止高速铁路轨道板下脱空区附近出现异常扣件。 (5)温度梯度及其与板下脱空同时出现对轮轨系统动力特性的影响 采用施加弯矩模拟温度梯度的方法，针对轨道板温度梯度及其与板下脱空共同作用时，计算分析了轮轨系统动力响应的特点。研究表明，轨道板温度梯度及由其引起的翘曲变形，对轨道板的纵横向拉应力影响较大，对车体加速度即行车平稳性的影响不明显，对轮重减载率即行车安全性有一定影响，且车速越高、板下脱空越长影响越大，因此建议在高车速区段和可能出现大温度梯度季节，加强轨道板下砂浆脱空的检查和控制。 温度梯度作用下，列车通过时轨道板拉应力明显增大，110℃/m正温度梯度时，轨道板纵横向拉应力最大值分别为4.25、3.14Mpa，接近轨道板开裂的应力限值，可能会对轨道板耐久性产生不利的影响。当行车速度较高、温度梯度较大和板下脱空较长时，轮重减载率出现明显的增加，且随着脱空长度增加，温度梯度的影响逐渐增加，当行车速度为350km/h，温度梯度为110℃/m，脱空长度为1.2m时，减载率达到1，可能严重影响行车的安全性。