基于数字图像相关的地聚物混凝土轨枕的力学性能分析

随着混凝土轨枕在我国的广泛应用,混凝土的生产带来大量的能源消耗和碳排放。地聚物作为一种新型低碳材料,能在节能减碳的同时消耗矿渣和粉煤灰等固废。目前,针对地聚物应用于铁路轨枕的相关研究,如混合使用水泥与粉煤灰、矿渣的地聚物混凝土轨枕及其裂缝扩展特性的研究还比较有限。本文设计2种配合比的地聚物混凝土并制造成轨枕,使用数字图像相关(Digital Image Correlation)技术,在轨下截面的三点弯曲实验下分析2种配合比下轨枕挠度、裂缝扩展特性及裂缝宽度发展规律。研究结果表明,2种配合比地聚物混凝土轨枕的抗弯承载力均高于普通混凝土轨枕。相比于普通混凝土轨枕,地聚物混凝土轨枕在较低的静荷载作用下挠度较大,但随着荷载的增加轨枕挠度的增长速度较慢,刚度损失较小,弹性阶段延续的荷载区间更长,这种特征在配合比为Geo50的地聚物混凝土轨枕上更为显著。2种配合比的轨枕微裂纹萌生的荷载相近,分别为130 kN和120 kN。在较低荷载下2种轨枕裂缝扩展相差不大,在较高荷载下配合比为Geo100的地聚物轨枕的裂缝发展加快,裂缝宽度值和增长速度都大于Geo50。配合比为Geo100的地聚物混凝土轨枕主要表现为受弯正截面破坏,配合比为Geo50的地聚物混凝土轨枕主要表现为受剪斜拉破坏。掺入部分水泥代替矿渣和粉煤灰的地聚物能使所制成轨枕在较高的荷载下保持更高刚度和更缓慢的裂缝扩展速度,该方案有助于推动地聚物应用于混凝土轨枕,促进铁路双碳战略贯彻与实施。

基于数字图像相关技术的碳化重组竹轨枕受弯特征分析

重组竹材具有负碳属性,经碳化后替代传统材料轨枕具有很大潜力,但针对重组竹轨枕的研究缺少足尺试验。本文设计了采用两种厚度排布方式胶合的碳化重组竹轨枕,使用数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术研究竹轨枕在三点抗弯和四点抗弯试验下的轨枕挠度、裂纹特性以及破坏形式。结果表明:碳化重组竹轨枕的极限承载力最高可达292.445 kN (三点抗弯)和414.525 kN(四点抗弯),远高于混凝土轨枕和木枕,抗弯刚度和延性介于混凝土轨枕和木枕之间。厚度排布方式对碳化重组竹轨枕的极限承载力和破坏形式影响较小,但会直接影响轨枕的层间裂纹和断裂位置。碳化重组竹轨枕受弯过程均处于弹性状态,达到极限承载力后发生断裂,其破坏形式为沿着或靠近中性层的胶合面处层间剪切破坏。在三点抗弯试验中,竹轨枕沿着主裂纹方向断裂;在四点抗弯试验中,沿着或靠近枕中截面中性层位置的裂纹断裂。碳化重组竹轨枕的极限承载力、抗弯刚度和延性完全满足铁路轨枕设计要求,可应用于重载铁路和客货共线铁路正线有砟轨道。

铁路运营线轨枕更换技术现状及展望

随着我国铁路运输提质增效,对线路状态和安全运营提出了更高要求。混凝土轨枕是铁路线路有砟轨道结构中的关键部件,伤损及失效轨枕精准、高效更换,对保持铁路线路良好的质量水平意义重大。目前国内铁路运营线更换轨枕主要有人工换枕、中型机械换枕及大修列车换枕三种方式。人工换枕施工效率低,劳动强度大,施工质量一般,但在更换少量轨枕时具有灵活性特点。中型机械换枕施工效率高,施工质量好,成本低,但在卸、收轨枕方面还有不足。大修列车换枕为卸、换、收枕一体化作业,机械化程度高,实现工完料净,但在施工效率、个别工序机械化、提高技术经济性等方面需要进行持续提升。本文分析了国内铁路运营线更换轨枕技术发展的现状和存在的主要问题,对未来的技术发展方向给出了思考和展望。

蒸养混凝土抗压强度和抗冻性能试验研究

本文结合青藏铁路环境特征,研究了粉煤灰、硅灰对预应力轨枕用蒸养混凝土的抗压强度和抗冻性能的影响。试验研究结果表明,粉煤灰掺量小于30%或硅灰小于5%时,单掺或双掺取代水泥配制的蒸养混凝土,其抗压强度和抗冻性能均能满足青藏线预应力轨枕要求。

利用热闷钢渣制备低收缩铁路轨枕混凝土

研究了掺入热闷钢渣微粉对铁路轨枕混凝土力学性能、自收缩和水化产物的影响。结果表明:钢渣微粉的掺入对抑制铁路轨枕混凝土的自收缩具有明显的效果。当钢渣微粉掺量为胶凝材料20%时,所制备的轨枕混凝土28 d自收缩值仅为未掺加钢渣混凝土的38.79%。XRD、FT-IR和FE-SEM分析表明:热闷钢渣中所含的少量较惰性的死烧游离氧化钙(f-CaO)和游离氧化镁(f-MgO)的水化膨胀,是抑制轨枕混凝土自收缩的主要膨胀源。经超细粉磨的钢渣掺入混凝土后,f-CaO和f-MgO相在混凝土中高度分散,其水化膨胀对混凝土强度无破坏作用;在混凝土硬化的中后期,体系中钙矾石(AFt)和C-S-H凝胶的协同生长,抑制了轨枕混凝土的自收缩并提高了力学性能。

掺超细粉煤灰高性能混凝土Ⅲ型轨枕的力学性能试验研究

对掺超细粉煤灰的HPC Ⅲ型轨枕和普通C Ⅲ型轨枕的力学性能,如枕中和枕下截面的抗裂、极限承载力、轨枕端部局压和轨枕的疲劳性能进行了对比试验研究。试验表明,各种龄期HPC Ⅲ型轨枕与C Ⅲ型轨枕枕中和枕下的开裂荷载与极限承载力均比较接近,满足标准的要求。还对轨枕端部进行了非线性有限元分析,分析很好地验证了试验结果,分析与试验结果均表明,轨枕端头局压破坏为主拉劈裂破坏,试验实测的超细粉煤灰HPC Ⅲ型轨枕端部局压的极限承载力远大于锚固板设计最大张拉预应力,有较大的安全储备。HPC Ⅲ型轨枕的疲劳性能与C Ⅲ型轨枕的相近,HPC Ⅲ型轨枕的疲劳残余裂缝宽度略小于C Ⅲ型轨枕。

40吨轴重下轨枕承轨槽接触应力分析

从轨道系统静态受力分析的角度出发,建立了考虑轨下胶垫弹性接触的三维轨道有限元模型,研究了40吨轴重作用下的轨道结构响应,重点分析了不同服役状态下轨枕承轨槽处的静态应力水平,为我国未来大轴重轨道结构设计提供数据支持。通过与经典轨道结构静态模型计算结果对比,验证了本文建立的轨道结构有限元模型的合理性。计算结果表明:(1)在40吨轴重车辆的作用下,我国现有的重型轨道结构满足运行要求,但是,路基顶面应力超过其承载能力;(2)随着横向轮轨力幅值的增加,轨下胶垫-承轨槽接触面的横向宽度逐渐减小,纵向长度不受影响,最大压应力显著增加且发生位置相应地向轨枕外端移动;(3)典型横向轮轨力水平下,轨下胶垫的刚度由80 MN/m增加到200 MN/m时,承轨槽压应力分布变化较明显,而当进一步增加到1 300 MN/m,其影响可以忽略;(4)不考虑动态系数变化影响的前提下,扣件松脱会降低承轨槽处的压应力水平,轨下胶垫-承轨槽接触面的形状因约束减少而变得更加不规则。

新型钢枕道床横向阻力试验与分析

研究目的:钢枕具有100%可再生、可循环利用的优势,适用于不同速度、轴重、轨距的线路;设计和应用灵活,能够降低桥隧建筑结构高度;钢枕安装和运输方便,在"一带一路"国家中均有大量应用。由于钢枕结构和材质原因,其道床阻力较低,限制了钢枕应用范围的扩大。本文通过采用加肋和设置橡胶垫方式来提高钢枕道床横向阻力,进行不同条件下道床横向阻力试验研究。研究结论:(1)普通钢枕道床横向阻力为Ⅲc型混凝土轨枕的51. 9%~62. 4%,远低于普通铁路无缝线路设计要求,需要进行加强;(2)钢枕枕底、肩部及枕心道床横向阻力分担依次为52. 8%~74. 7%、11. 3%~37. 4%、9. 9%~14. 0%;(3)肋板可显著提升钢枕道床横向阻力,其作用优于砟肩堆高和加宽,且横向阻力随肋板数目增加而提高;(4)橡胶垫复合钢枕道床横向阻力均高于普通钢枕,大凸型增加比例为3. 0%~5. 9%,小凸型增加比例为22. 2%~25. 5%;(5)本研究成果可为扩大钢枕应用范围提供参考。

双块式轨枕道床横向阻力试验与力学分析

研究目的:道床横向阻力是保持轨道几何形位及无缝线路横向稳定性的重要参数。随着有砟轨道运营技术条件复杂化,对轨枕设计和选型提出更多挑战,发展更加安全、可靠、经济、可用轨枕技术方案成为研究热点。针对国内有砟道床上铺设双块式轨枕及其横向阻力研究较少的情况,本文通过进行一系列工况下双块式轨枕和Ⅲc型轨枕横向阻力试验,研究双块式轨枕横向阻力基本特性与影响规律。研究结论:(1)在相同道床断面条件下,双块式轨枕横向阻力高于Ⅲc型轨枕,前者较后者提高幅度13.6%~25.5%;(2)砟肩宽度增加,双块式和Ⅲc型轨枕的道床横向阻力均提高,但增长效果无明显差异;(3)砟肩堆高能显著提高双块式和Ⅲc型轨枕的道床横向阻力,如当砟肩堆高从0 mm增加到150 mm时,道床横向阻力分别增加4.2 kN(51.9%)、2.7 kN(38.0%),即砟肩堆高对双块式轨枕更有效;(4)本研究结论可为双块式轨枕在我国轨道工程上的应用奠定理论和试验基础。

预应力钢纤维高强混凝土特种轨枕的疲劳特性

采用双重和多重复合技术， 在预应力高强混凝土轨枕的基础上分别制备了预应力钢纤维高强混凝土和预应力钢纤维硅灰高强混凝土特种轨枕；在５００ ｋＮ 伺服液压疲劳试验机上测试了三个系列轨枕疲劳荷载时裂缝宽度和高度的变化规律．研究结果表明，由于钢纤维的阻裂效应，显著提高了高强混凝土轨枕的抗疲劳性能；再因硅灰的填充效应、微集料效应和火山灰效应改善了高强混凝土内部的微观结构，尤其是界面结构， 使预应力钢纤维高强混凝土轨枕的抗疲劳性能进一步提高．该轨枕不仅可用于特殊应力下承担复杂荷载，而且可带裂缝工作．

浅谈Ⅲc型混凝土轨枕生产中套管的固定技术

a型轨枕与Ⅲc型轨枕除成孔方式存在区别外,其它各部分尺寸均相同。通过对模具成孔方式的转换,实现Ⅲa型轨枕模具与Ⅲc型轨枕模具的通用,从而减少钢模数量的购入,降低生产成本。Ⅲc型混凝土轨枕预埋套管安装固定技术,以往采用钢制定位螺栓固定预埋套管的定位方法,后经过橡胶螺栓、尼龙定位销固定预埋套管的定位方法,经多次试验对比,最终采用尼龙定位销固定套管的定位方法,从而解决了Ⅲc型混凝土轨枕生产中因套管松动产生歪斜、下沉、堵孔等质量问题,减少生产中多余的工序,节省时间,提高产品合格率,提高生产效率。

40 t轴重重载铁路轨枕关键设计参数研究

研究目的:重载列车轴重的增加使轨枕的服役环境大大恶化,为探究运行40 t轴重列车的轨枕关键设计参数,本文建立更为精确的三维轮轨接触与轨道有限元模型,分析轨枕应力变化规律,并提出提升轨枕承载能力的措施,以期为我国未来大轴重轨道结构设计提供数据支持。研究结论:(1)当40 t轴重重载列车以120 km/h的速度通过时,轨枕承轨槽处的最大应力达9.21 MPa,但仍小于C60混凝土12 MPa的抗压限值;(2)轨枕的承载能力由轨枕提供的抗正弯力矩控制,速度达到120 km/h时,轨枕最大正弯矩极值增加至18.99 kN·m,非常接近Ⅲ型轨枕的抗弯限值19.05 kN·m;(3)通过加宽或加长改进的Ⅲ型轨枕,重量增加至350 kg以上,可满足运行40 t轴重重载列车的要求;(4)考虑到建造成本和道床限界等因素,优先考虑加宽轨枕,加宽10 cm后的轨枕至少可承受23.52 kN·m和-22.87 kN·m的最大正、负弯矩;(5)该研究结果可为40 t轴重重载铁路轨枕设计提供参考。

预应力轨枕的损伤演化和寿命估算方法

基于连续损伤力学基本概念、理论与方法 ,论述了预应力轨枕在其自身徐变与其它疲劳荷载二者交互作用下的材质劣化损伤行为及其损伤失效机理 ;提出了预应力轨枕在徐变与疲劳交互作用下的损伤本构关系模型 ,建立了用于预应力轨枕分析的力学基本方程与参变量变分原理 ,并利用“间置加载”型载荷谱的特点 ,提出两个基本假设 ,以突出预应力轨枕在徐变与疲劳交互作用过程中的主要特征。可依据初始循环应力场 ,对损伤过程中的循环应力场进行更有效描述 ,从而为更好地解决预应力轨枕分析中寿命估算及对一些实际问题处理 。

预应力混凝土轨枕翻转机结构设计

为提高预应力混凝土轨枕短模流水机组法生产线的生产效率,结合轨枕短模模具的外形特点设计一种轨枕翻转机,并从翻转机整体结构的防倾覆、设计合理性两个方面展开研究。首先,简化翻转机整体结构,计算其倾覆力矩和稳定力矩的比值。其次,利用有限元软件对翻转机的关键零部件进行静力学分析,检验翻转机是否能够满足使用要求。最后,通过样机的空载试验和负载试验对翻转机进行试验研究。

预应力混凝土轨枕的裂缝及结构耐久性

本文综述了从七十年代至九十年代对预应力混凝土轨枕裂缝的调查情况 ,从物理、力学、化学的角度分析了裂缝的成因。根据国内外文献 ,并结合对预应力混凝土轨枕的调查和试验研究结果 ,分析了裂缝对轨枕结构和耐久性的影响 。

混凝土轨枕承载能力影响参数分析

本文提出的非均匀支承条件变截面弹性地基梁法,能计算不同的地基支承条件、各种结构型式尺寸以及各种荷载组合情况下的轨枕承载能力,从而能模拟混凝土轨枕的实际工况,并获得最佳参数。推荐的方法对新型混凝土轨枕的研究设计具有实际意义。

Ⅱ型预应力轨枕改进结构的研究

分析了Ｓ—２ 型枕的不足之处，以轨枕设计方法及预应力设计理论为基础。

混凝土轨枕螺栓孔纵裂改进措施

预应力混凝土轨枕螺栓孔纵裂伤损是我国轨枕伤损中较为严重的一种 ,文章对预应力混凝土轨枕螺栓孔部位的受力情况进行了详细的计算和分析 ,指出螺栓孔部位局部拉应力过大是造成螺栓孔纵裂的根本原因 ,同时也提出了局部特殊混凝土的改进措施。

重载预应力混凝土轨枕放张破坏及对策研究

采用传统的模具进行有挡肩预应力混凝土轨枕生产时,在放张脱模过程中出现挡肩掉块、轨枕开裂等现象。为了研究这种轨枕放张过程中轨枕的破坏机理及其对策,通过3D接触关系构建了轨枕—模具相互作用模型,分析了放张脱模过程中轨枕受力及其破坏形式。同时,提出了采用复合模具来降低放张脱模过程中承轨槽的应力,以减少轨枕破坏。计算结果显示:采用钢模,在放张预应力钢筋时会造成轨枕承轨槽位置的第一主应力超过了混凝土的抗拉极限,在实际生产中在承轨槽位置可能会出现开裂。采用复合模具,原危险位置的第一主应力降低至混凝土抗拉强度以下,可保证轨枕的正常脱模。

闪光焊工艺对45Si2Cr钢筋焊接接头组织的影响

本文研究了闪光焊工艺对45Si2Cr钢筋焊接接头金相组织的影响规律。结果表明,采用提高二次电压和增大顶锻留量的闪光焊工艺规范,可以消除粗大魏氏组织和宏观组织缺陷,满足45Si2Cr钢筋焊接后所应达到的性能要求。