断层错动对路基上板式无砟轨道受力变形行为的影响

针对路基穿越活动断裂带等特殊地层引起的无砟轨道结构受力与变形问题,基于有限元法建立活断层上CRTSⅡ型板式无砟轨道—路基空间耦合模型,研究正断层条件下错动量和断裂角对轨道结构受力、变形和层间接触状态的影响。结果表明:轨道结构受到正断层错动影响时,会使轨道结构产生竖向变形,变形量和变形范围均与错动量和断裂角的改变正相关,但断裂角的影响效果较小;在断层错动作用下,轨道板的纵向应力曲线在断裂面两侧出现2个应力峰值,出现在相对上移断层一侧的峰值约是另一侧的2倍。轨道板上表面最大纵向应力的变化随断裂角的增加逐渐变缓,当断裂角达到75°后最大纵向应力几乎不再改变;在断层错动影响下,支承层与路基之间的层间离缝出现在断裂面附近,离缝量最大值出现在相对下移断层一侧。研究成果可为跨越断裂带的CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路设计改进及工程建设提供参考。

不同基础条件下预制板式无砟轨道结构设计与检算

基于城市轨道交通工程建设需求,在非预应力轨道板结构设计基础上,采用有限元软件建立了不同基础条件下的无砟轨道结构耦合模型,结合极限状态法,研究开展了综合考虑列车荷载、温度梯度和基础变形作用下预制板的弯矩及配筋计算。结果表明:合理的非预应力板式无砟轨道结构设计,能够满足工程建设需求,路基段承载能力极限状态配筋设计受偶然组合作用控制,不同基础类型的轨道板纵横向配筋均受正常使用极限状态标准组合控制。

高速铁路板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆粘弹性的研究进展

水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)是高速铁路CRTSⅠ型和CRTSⅡ型板式无砟轨道的关键工程材料之一,起着调整、支承、传载、减振和吸振的功能。由于CA砂浆中含有乳化沥青,其力学性能具有明显的粘弹性特征。本文综述了CA砂浆在粘弹性试验、粘弹性本构模型和粘弹性数值仿真等方面的研究现状,指出了CA砂浆在粘弹性研究方面的不足。结合CA砂浆的服役环境,从不同配合比及不同影响因素下CA砂浆的粘弹性试验、粘弹性损伤试验及机理、CA砂浆的粘弹性损伤模型及其仿真等方面探讨CA砂浆今后粘弹性研究的主要方向,以期为高速铁路板式无砟轨道CA砂浆的设计优化、服役寿命预测及养护维修提供支撑。

接缝弱化后纵连板式无砟轨道温度效应研究

目前,纵连板式无砟轨道夏季高温胀板问题严重。高温产生的巨大温度应力导致轨道结构发生众多病害,其中,轨道板上拱尤为严重,已威胁高速列车的运营安全。为有效释放结构内部的温度应力,减少病害发生,通过建立设有弹性填充层的纵连板式无砟轨道计算模型,引入内聚力单元和混凝土损伤塑性本构,探讨两种节段长度及不同弹性模量下,整体温升作用时,宽窄接缝弱化对轨道结构应力、变形及损伤的影响。研究表明:(1)设置弹性填充层后,轨道板和接缝的纵向应力均得到一定程度释放,但会伴随着发生局部偏心和应力增加;(2)弹性填充层的设置会使接缝、轨道板和层间界面损伤产生的临界温升降低,结构损伤较大时,轨道板和接缝的应力释放会受到限制,并且弹性填充层附近也会产生一定上拱增量;(3)两种节段长度下,损伤和应力释放量均会随着弹性模量降低逐渐增大,因此,节段长度为4块板时,弹性填充层弹性模量选取建议高于1775 MPa并低于3550 MPa,节段长度为3块板时,弹性填充层弹性模量选取建议高于355 MPa并低于1775 MPa;(4)两种节段长度下,随着弹性模量降低,轨道板和钢轨最大上拱增量逐渐增大,对于钢轨,两种节段长度下的竖向位移均在规范允许范围内。

路基冻胀-融化-沉降组合作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道的变形损伤

对于我国季节性冻土区高速铁路路基病害,只考虑单一冻胀作用对无砟轨道结构的影响存在一定缺陷。针对这一问题,本文建立CRTSⅢ型板式无砟轨道精细化分析模型,研究了路基冻胀-融化-沉降组合作用下无砟轨道结构的损伤机理和变形规律。结果表明:相较于单一冻胀作用,路基冻胀-融化-沉降组合作用能更加准确反映路基从冻胀到融化过程中轨道结构的变形和损伤;在冻胀-融化-沉降过程中,钢轨、轨道板、底座板三者垂向位移幅值均呈现先增大再减小而后反向增大的趋势;在路基融化回落至4 mm时,底座板和自密实混凝土以及下部路基表层的层间离缝位置均呈现从冻胀波峰两端到冻胀波峰中部的迁移;轨道板损伤只发生在路基冻胀阶段,底座板损伤发生在路基冻胀和融化阶段。

CRTS Ⅲ型板式无砟轨道板自动脱模机优化

脱模机是高铁轨道板生产工艺流程中的重要设备,脱模机是否可靠关系整条生产线的系统性以及轨道板的生产质量。基于此,对CRTSⅢ型高铁轨道板的脱模工艺展开研究,针对现有的脱模机构提出了一种新型的CRTSⅢ型轨道板脱模机,采用Solidworks对结构方案进行建模,并对脱模机构的主要零部件进行了有限元分析,确定了装备的整体结构方案,并对脱模机锥桶脱落装置的气缸内径及气缸耗气量进行计算,保证了装备具有良好的工作性能,解决了工程应用中轨道板抓取时存在晃动的问题。

路基上CRTSⅢ型板式无砟轨道设计方案比较分析

路基上CRTS(China railway track system)Ⅲ型板式无砟轨道结构存在单元式和纵连式两种设计方案.通过建立纵横垂向空间耦合有限元计算模型,对两种设计方案在温度荷载、列车荷载、混凝土收缩及基础沉降变形作用下的力学特性进行了计算与对比分析.计算结果表明:对于严寒地区,基于温度荷载的影响较大以及轨道的可维修性,建议采用单元式结构.

温度梯度作用下纵连板式无砟轨道疲劳应力谱

为了研究服役期间温度梯度作用下纵连板式无砟轨道疲劳应力谱,建立基于传热学理论的纵连板式无砟轨道温度梯度计算模型和温度梯度作用下疲劳应力谱计算模型,并对模型进行验证。以广州气象数据为例,首先利用经过验证的温度梯度计算模型计算服役期间轨道板温度梯度时程曲线,然后将所计算的温度梯度时程曲线输入经过验证的疲劳应力谱计算模型,得到服役期间自重和温度梯度时程曲线作用下不同板厚和裂缝间距的纵连板式无砟轨道疲劳应力谱。研究结果表明:服役期间温度梯度作用下纵连板式无砟轨道疲劳应力谱具有明显的时变特性;板厚对温度梯度作用下服役期间纵连板式无砟轨道疲劳应力谱影响较小,裂缝间距对其影响很大。

CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究

基于列车—轨道耦合动力学理论,考虑无砟轨道各部件间及无砟轨道与路基间接触状态非线性,建立列车—板式无砟轨道—路基三维非线性有限元耦合动力学模型,进行自重荷载、轨道中长波随机不平顺、轨道短波随机不平顺、路基不均匀沉降荷载、无砟轨道板温度梯度荷载共同作用下,高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基不均匀沉降限值研究。结果表明:无砟轨道板温度梯度荷载对无砟轨道各部件受力均有较明显的影响,因此在进行无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究时有必要同时考虑无砟轨道板温度梯度荷载的影响;路基上CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路的路基不均匀沉降限值由底座板疲劳破坏控制,路基不均匀沉降幅值达到7mm时无砟轨道底座板的最大拉力达到疲劳破坏限值1.674MPa,因此建议高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基的不均匀沉降限值为7mm/20m。

板式无砟轨道轨面变形与路基沉降的映射关系

为研究路基沉降对板式轨道轨面几何变形的影响,基于无拉力Winkler地基叠合梁理论,针对纵连式、单元式两种板式轨道,提出了考虑板底脱空的路基沉降与轨面变形间静态映射关系的计算方法,并对由不同沉降型式引起的两种轨道轨面变形特征及变化规律进行了对比分析.结果表明:纵连板式轨道对基础变形的适应力较单元板式轨道欠佳,底座板与路基间易形成大范围脱空;自重效应下沉降引起的两种轨道轨面变形随基础沉降量的增大差异加剧,且对路基沉降波长极为敏感,当沉降波长达到20 m后,轨下板底脱空现象明显缓解,轨面几何不平顺基本可与路基变形保持一致;路基折角型沉降对轨面平顺性的影响相对平缓,错台型沉降不仅使轨面剧烈弯折,还会导致板底严重脱空,10 mm差异沉降即可引发轨道与路基结构间约8 mm的空吊,给列车运营质量和轨道结构疲劳特性均造成不利影响.

高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土性能研究

为解决高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道结构高施工性、高平顺性和高耐久性要求,采用具有高流动性、高塑性稳定性和低收缩变形的自密实混凝土作为无砟轨道充填层材料。针对充填层的封闭结构空间和承载功能,并结合设计和无砟轨道结构对自密实混凝土的要求,制备了C30,C40和C50三种强度等级自密实混凝土,进行体积稳定性试验、氯离子渗透试验和单边冻融试验,研究其工作性能、体积稳定性和耐久性能。结果表明:三种自密实混凝土均具有适合板式无砟轨道充填层施工的良好工作性能;其塑性收缩变形均随着强度等级的提高而增大;在水胶比相同和单方用水量相同两种情况下三种自密实混凝土的干燥收缩变形呈现出完全相反的变化规律;三种自密实混凝土均具有良好耐久性,抗氯离子渗透能力随强度等级的提高而降低,抗盐冻性能则随着强度等级的提高而增强。

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道台后锚固体系端刺结构受力变形特性

通过在高速铁路正线上开展长期温度荷载下的原位监测和列车制动荷载下的实车试验,以及运用ABAQUS有限元软件的数值计算,进行高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道倒T型和Π型台后锚固体系的端刺结构在温度力和制动力作用下的受力变形特性研究。结果表明:在降温和升温过程中,端刺结构周围土体压应力较大值主要出现在主端刺摩擦板的下部和桥台方向首个小端刺的位置,端刺结构变形主要以顶部弯拉为主,整体纵向变形较小;在紧急制动荷载的作用下,钢轨纵向应力、端刺纵向位移均随着轴重的增加而明显增大,但端刺纵向位移绝对值较小,与温度荷载作用相比,紧急制动荷载作用对端刺结构的影响小。

高铁长大桥梁CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路的动力学特性

在大跨度连续梁上铺设CRTSⅠ型板式无砟轨道结构,并且考虑高速车辆的动力作用之后,其梁轨相互作用机理更加复杂.基于ABAQUS软件,建立高速铁路长大桥梁CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型,可以对高速条件下高速车辆、无缝线路钢轨、无砟轨道和长大桥梁各细部结构的动力学特性进行研究.经计算和检算可知,在铺设CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路的(80+128+80)m连续梁上运行时速350 km的高速车辆,其各项动力学计算结果均满足动力学检算标准.

板式无砟轨道轨道板与砂浆层离缝快速维修技术研究

板式无砟轨道轨道板与砂浆层离缝造成轨道结构应力集中,影响无砟轨道结构平顺性和耐久性。本文针对我国板式无砟轨道轨道板与砂浆层出现的离缝问题,结合国外高速铁路维修经验,提出了适合于我国客运专线运营的快速维修工艺,并对设备和材料进行了可行性分析,确定了异丁烯树脂低压注浆方案。结合已运营的客运专线出现部分轨道板与砂浆层的离缝问题,采用异丁烯树脂注浆加固填充后,轨检数据良好,经过两年运营,表明这套离缝快速维修技术行之有效。

长大温度跨混凝土桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道的力学性能研究

运用ANSYS有限元软件,建立长大温度跨混凝土桥上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道三维模型,分析无砟轨道结构的力学性能及底座板设计荷载组合的适应性。结果表明：制动工况下长大温度跨主要影响剪力齿槽的受力,最大温度跨150,290和450m连续梁相邻简支梁剪力齿槽的剪力分别为通常区域简支梁的1.12,1.28和1.33倍;当梁体从0℃升或降20℃时,最大温度跨350m连续梁相邻5～8跨简支梁区域内的无砟轨道砂浆和剪力齿槽的受力约为简支梁的1.4～2.2倍,底座板和轨道板的受力则达到简支梁的4.6～7.9倍,因此,在设计时应重点关注与最大温度跨相邻5～8跨简支梁区域内无砟轨道轨道板、底座板、砂浆及剪力齿槽,并采取相应的加强措施;最大温度跨350m连续梁桥上无砟轨道底座板内的伸缩附加力约为底座板既有设计荷载组合值的1/3～1/2,因此长大温度跨桥上无砟轨道底座板的设计荷载组合应考虑梁体的伸缩附加力。

组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道疲劳特性

基于列车—轨道—桥梁耦合动力学理论、无砟轨道与桥梁间纵向相互作用理论及无砟轨道温度场和温度效应理论,建立考虑服役期间无砟轨道钢筋与混凝土的相互作用、无砟轨道混凝土的开裂与闭合效应、无砟轨道荷载时变特性共同作用的桥上纵连板式无砟轨道疲劳寿命预测方法。以高速铁路32m多跨简支箱梁桥上无砟轨道为例,运用该方法研究组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道的疲劳特性。结果表明:为了较准确地预测服役期间桥上纵连板式无砟轨道的疲劳特性,必须同时考虑列车荷载、温度荷载及温度梯度荷载的共同作用;桥上纵连板式无砟轨道的疲劳寿命由梁端处的轨道控制,梁端处轨道板底面混凝土和底座板顶面混凝土更易发生疲劳破坏;气候环境和无砟轨道裂缝间距对桥上纵连板式无砟轨道各部件的疲劳特性有很大影响,武汉地区无砟轨道的轨道板混凝土、底座板钢筋、底座板混凝土的疲劳寿命分别是哈尔滨地区的2.5,3.9和222.6倍,当裂缝间距由2倍扣件间距变为1倍时,无砟轨道钢筋的疲劳寿命增加10倍以上。

有砟与板式无砟轨道结构对高速铁路地基振动的影响分析

将既有的车辆-有砟轨道-路基-层状地基耦合系统垂向振动解析模型进行修改,使模型适应于板式无砟轨道的状况。针对我国客运专线线路情况,利用模型比较分析了有砟与板式无砟两种轨道结构下高速列车运行引起的地基振动,得到地基表面垂向振动加速度的振级、时程曲线和Z振级,动应力的功率谱与时程曲线;并讨论了轨道随机不平顺对地基振动的影响。分析结果表明：板式无砟轨道具有更好的隔振能力,板式无砟轨道情况下的地基振动加速度和动应力都明显小于有砟轨道的情况,其中Z振级减小约10~20 d B,且减小振动的主要频率分布在10~40 Hz的中频范围内;移动轴荷载对地基的低频振动贡献较大,而轨道随机不平顺主要对中高频振动产生作用,且板式无砟轨道情况下轨道随机不平顺对地基振动的影响远大于有砟轨道的情况,因此板式无砟轨道需更严格控制轨道的平顺状态。

板式无砟轨道系统对不同抗震体系铁路桥梁纵向地震响应的影响

以某高速铁路大跨度连续梁桥及32 m简支梁桥为研究对象,针对CRTSⅡ型板式无砟轨道体系的结构特点,建立考虑轨道体系纵向约束及摩擦效应的线桥一体化计算模型,对2种不同的抗震体系(延性抗震体系及减隔震体系)进行非线性地震响应分析。研究结果表明:在剪力齿槽弹性工作状态下,轨道体系纵向刚度约束效应对桥梁下部结构地震反应的影响显著,但摩擦效应影响较小,可忽略。桥梁采用的抗震体系不同,在地震作用下轨道系统及剪力齿槽的受力及分布规律也不同。建议强震作用下板式无砟轨道体系的受力分析应合理考虑桥梁不同抗震体系的受力特征。最邻近连续梁的一跨简支梁的剪力齿槽水平剪力远大于其他跨简支梁的剪力,建议该跨的剪力齿槽应加强设计,以避免在地震作用下由于该处剪力齿槽的受力失效导致其他各剪力齿槽的连锁破坏。

短波随机不平顺对列车-板式无砟轨道-路基系统振动特性的影响

运用弹性系统动力学总势能不变原理及形成矩阵的"对号入座"法则,建立列车-板式无砟轨道-路基竖向振动方程组,分析列车高速运行时,短波随机不平顺对列车-板式无砟轨道-路系统振动特性的影响,并对不同种类随机不平顺对列车-板式无砟轨道-路基系统动力特性的影响进行对比研究。研究结果表明:短波随机不平顺对车体垂向加速度、路基竖向压应力影响很小,对扣件竖向压应力、轨道板及底座板弯曲应力有一定的影响,对轮轨垂向力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度、底座板振动加速度和CA砂浆压应力则有显著的影响,影响超过中长波随机不平顺。研究车体及路基动力特性时可以不考虑短波随机不平顺,研究无砟轨道各部件动力特性时,则应考虑短波随机不平顺。

CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆施工技术

阐述了CRTSⅡ型板式无砟轨道垫层用高弹模水泥乳化沥青砂浆的施工技术,介绍原材料的储存与管理、施工前准备、灌注前准备(包括轨道板精调、定位和压紧,封边砂浆施工和排气孔设置,底座预湿等),水泥乳化沥青砂浆的拌制、灌注及养护工艺及质量控制措施。