基于矩法的CRTS Ⅱ型轨道板碳化可靠性研究

为了提出更优的CRTSⅡ型轨道板碳化可靠度分析方法,首先分析了轨道板碳化作用的发生机制,探究了碳化深度模型,然后结合现有研究建立了CRTSⅡ型轨道板碳化的功能函数,最后应用高阶矩法求解了轨道板碳化的功能函数随时间变化的可靠度指标,得到了轨道板碳化功能函数的概率密度函数。计算结果表明:本文采用的矩法所得结果与蒙特卡洛法相近,但采用矩法仅需计算35次,具有高效、准确的特点;CRTSⅡ型轨道板最初服役的碳化可靠度指标满足要求,轨道板处于安全状态,随着服役时间增加,可靠度指标呈下降趋势,直至服役第15 a以后,CRTSⅡ型轨道板碳化可靠度指标已经低于规范要求,服役后期轨道板极易发生碳化失效,将会影响轨道板耐久性,可能影响行车安全。

弱纵连下CRTS Ⅱ型板式无砟轨道解锁温度研究

在弱纵连施工过程中,为了避免轨道板凿除宽窄接缝后在解锁位置发生较大的位移变形,有必要明确不同解锁条件、不同解锁温度下轨道结构的受力变形特征,指导现场施工。基于梁轨相互作用原理和有限元法,建立无砟轨道-多跨简支梁桥精细化模型,利用有限元软件中“生死单元”的功能分步骤解锁轨道板,研究桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道在不同解锁工况下轨道结构受力变形规律,据此分析得出合理解锁条件及解锁温度,并对应仿真计算中板端植筋工况,在预加固植筋地段进行了现场解锁实验。研究结果表明:不松开钢轨扣件,解锁板温在初始施工锁定板温±5℃范围内,可以直接解锁宽窄接缝;解锁板温在初始锁定板温±5℃之外,轨道板纵向位移不满足规范限值要求,需严格控制解锁温度;松开扣件解锁轨道板,轨道结构整体受力变形增大,轨道板纵向位移超过规范允许限值,建议解锁时不松开钢轨扣件;板端植筋有利于减小解锁后结构的受力变形,但轨道板纵向应力除外,板端植筋可作为解锁时的预防性手段。现场试验表明,解锁时轨道板板端植筋,宽窄接缝位置处轨道板间相对位移几乎不发生变化。研究成果对于CRTS Ⅱ型板式无砟轨道高温胀板病害提出了一种新的解决思路—弱纵连CRTS Ⅱ型板式无砟轨道。

不同基础上CRTS Ⅱ型无砟轨道的温度效应分析

研究目的:下部基础中桥梁、路基和路桥过渡段对高速铁路无砟轨道结构性能有着重要的影响,因此分析不同下部基础对CRTSⅡ型板式无砟轨道内温度场分布的影响尤为关键。本文基于无砟轨道现场的半年温度监测数据,对比分析简支箱梁、路基和路桥过渡段三种基础上CRTSⅡ型板式无砟轨道内温度和温度梯度变化特征。研究结论:(1)半年内过渡段上无砟轨道内温度的非高斯性和非平稳性更显著,路基上非高斯性最差;四个特殊温度日,最高温度日的轨道内温度变化幅值最显著,而最大温差日的轨道内温度梯度变化幅值最大;(2)对于不同下部基础,过渡段轨道的温度变化和温度梯度变化最显著,其次是路基和桥上轨道的温度变化;(3)不同基础上轨道板的温度、路基土体的温度与环境温度呈明显的非线性关系,二次多项式拟合函数可表征轨道板内温度与环境温度的关系;桥上轨道的拟合优度R2为0.803,高于过渡段(0.752)和路基(0.635)上的;(4)本文研究可为高速铁路无砟轨道长期服役性能评估提供重要的温度实测数据。

CA砂浆离缝对CRTS Ⅱ型板式轨道的影响研究

基于有限元理论,利用ANSYS软件建立了路基上CRTSⅡ型板式轨道计算模型,研究轨道板与水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)层离缝长度和离缝高度对CRTSⅡ型板式轨道受力和变形的影响。研究结果表明:与CA砂浆正常工作状态相比,CA砂浆离缝将造成轨道结构变形和受力增大。在列车静载和正温度梯度共同作用下,当离缝长度达到2.6 m时,轨道板的垂向位移从0.397 mm增大到0.937 mm,CA砂浆层的压应力从30.33 kPa增大到111.57 kPa。随着离缝高度的增大,轨道结构的变形和受力也迅速增大。

CRTS Ⅱ型板式无砟轨道CA砂浆抗冻性研究

研究了高速铁路CRTSⅡ型无砟轨道CA砂浆在绝湿条件下养护28 d后的含水情况、水饱和度及其在绝湿和表面浸水条件下的抗冻性能.结果表明:绝湿条件下养护28 d的CA砂浆水饱和度约为86.1%(质量分数,下同);在表面浸水条件下进行冻融循环时,CA砂浆可能发生表面剥落破坏,其单位面积剥落量随冻融循环次数增加而持续增大,但冻融循环次数达188次时,其单位面积剥落量仍远低于规范要求;在绝湿状态下进行冻融循环时CA砂浆表面不会发生剥落破坏.由于CA砂浆中的沥青为憎水性材料,干燥CA砂浆再次吸水的速度很慢,浸水19 d后,其水饱和度仅为50.5%.实际工程并非绝湿状态,其水饱和度远低于临界水饱和度,因水结冰而导致CA砂浆发生冻融循环破环的可能性很小.

CRTS Ⅱ型板式轨道轨道板温度测量与变形分析

在CRTSⅡ型板式无砟轨道结构中,水泥沥青砂浆层起着非常重要的作用;但在施工中发现,轨道板与水泥沥青砂浆存在离缝现象,初步分析离缝是由于轨道板沿其厚度方向不均匀温度梯度引起的;通过使用Ansys有限元软件建立分析模型,以实测轨道板温度和变形为初始条件,分析不均匀温度梯度对轨道板翘曲变形的影响。通过试验测量结果与模拟结果对比,验证分析模型的可靠性,并为CRTSⅡ型板式无砟轨道结构设计及优化提供参考。

双向温梯荷载下简支梁桥上CRTS Ⅱ型板受力变形

为研究温度梯度荷载作用下多跨简支梁桥上CRTSⅡ型板受力变形问题,基于有限元法建立了多跨简支梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路(Continuous Welded Rail,CWR)空间精细化有限元模型,分析了竖向、横向温度梯度荷载作用下轨道、桥梁结构纵向受力与变形特性.研究结果表明:竖向温梯荷载作用下,钢轨在桥梁两端的主端刺位置伸缩力与位移达到最大值;轨道板出现翘曲应力,其上下表面应力差随温度梯度增大而增大,轨道板竖向温度梯度为90℃/m时,上下表面应力差最大值较50℃/m时增加了44%.双向温梯荷载作用下,向阳侧桥梁纵向位移明显高于背阴侧,钢轨伸缩力略高于背阴侧;随着横向温度梯度的增大,阴阳两侧结构纵向位移差、相对位移差和应力差均呈现逐渐增大趋势.在高温差地区需重点关注轨道板因上下表面应力差引起的翘曲变形问题.研究成果可为桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路的设计、施工和维护提供理论依据.

CRTS Ⅱ型板断裂条件下桥上无缝线路伸缩力特性

为了研究桥上CRTSⅡ型轨道板断裂条件下轨道、桥梁结构纵向受力变形规律及其影响,基于有限元法和梁-板-轨相互作用机理,建立桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,分析不同轨道板断缝位置、断缝宽度、裂缝深度及轨道板、底座板伸缩刚度对断板条件下桥上无砟轨道无缝线路伸缩力分布规律的影响.研究结果表明:在计算轨道板断裂条件下桥上无砟轨道无缝线路伸缩力时,应根据不同检算部件选取最不利的断板位置,建议将轨道板断缝宽度和深度分别取2 mm和200 mm、轨道板、底座板伸缩刚度折减至10%~50%,计算结果是偏安全的且不失一般性;轨道板断裂增加了断缝处CA(cement asphalt)砂浆层及底座板断裂的风险,断板侧的钢轨纵向位移及轨板相对位移均在断缝处急剧变化.

温度作用下连续梁桥上CRTS Ⅱ型板式轨道纵向力影响因素分析

本文以一段大跨连续梁桥为研究对象,建立桥上CRTSⅡ型板空间一体化模型,采用有限元方法,计算桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道在温度作用下各部件的纵向力,并分析不同因素对各部件纵向力的影响。通过计算分析表明:对于本文中的连续梁桥,随着联合板伸缩刚度的增大,联合板、固结机构、端刺、桥梁最大纵向力明显增大,钢轨最大纵向力减小;随着滑动层摩擦系数的增大,除了端刺纵向力基本不变,其它各部件最大纵向力都增大;当摩擦板长度达到约50 m时,能有效减小端刺受力,此后即使再增加摩擦板长度,对端刺受力的影响已不很显著。

高速铁路CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构临界荷位和最不利位置分析

为了研究高速铁路CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构的临界荷位和最不利位置,以京沪高速铁路CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构为例,选取轨道板板底的纵向弯拉应力作为确定轨道结构临界荷位的指标,计算得到了列车轴载位于板端位置为临界荷位;计算了轴载在临界荷位时的钢轨竖向位移、轨道板板底水平拉应力、CA砂浆层竖向压应力、底座(或支承层)板底水平拉应力,分析了车辆荷载在不同位置处的无砟轨道结构产生的应力大小,得出路基和桥梁上CRTS Ⅱ型无砟轨道结构的最不利位置。

CRTS Ⅱ型轨道板裂缝宽度的变化规律

为研究轨道结构的纵连成型过程对轨道板裂缝的影响,建立了1/4单元轨道板的分离式模型,对轨道板裂缝问题进行了分析.通过研究轨道结构的纵连成型过程,指出Ⅱ型板具有独特的纵连特征和结构特征,以该特征为研究基础,分析了轨道板在整体降温30℃和40℃作用下板端和板中裂缝宽度的影响因素和变化规律.研究结果表明:随着轨道板与砂浆层层间粘结状态的弱化,板端裂缝宽度ω_k略微增大,板中裂缝宽度ωz略微减小,板中不开裂时,ω_k最大增加0.032 1 mm,板中开裂时,ω_k最大增加0.026 9 mm,ωz最大减小0.024 4 mm;对ω_k影响最大的因素是宽接缝硬化时张拉钢筋端部的初始应力和窄接缝承力大小,以及板中是否开裂;对ωz影响最大的因素是宽接缝硬化时张拉钢筋端部的初始应力,且其减小的越多,ωz越小;轨道板的纵连特征使得ω_k和分布不均匀,纵连钢筋偏弱又使得ω_k数值较大,整体降温30℃和40℃时,ω_k的变化范围分别为0.182～1.906 mm和0.389～2.546 mm,且普遍大于ωz,这与目前Ⅱ型板式轨道的裂缝开裂特征相一致.

CRTS Ⅱ型无砟轨道板专用数控磨床定位分析

通过对CRTSⅡ型无砟轨道板专用数控磨床定位点及支撑力的理论分析,确定了CRTSⅡ型无砟轨道板在专用数控磨床磨削中定位点的合理位置,以及各支撑液压缸支撑力的大小分配比,使CRTSⅡ型无砟轨道板能够在所受弯矩均匀、正应力最小的状态下进行磨削,从而减小了自身内部应力的影响,提高了CRTSⅡ型无砟轨道板的磨削质量。

CRTS Ⅱ型轨道板预制生产线钢筋内应力和摩阻力测定技术

结合京沪高速铁路固镇轨道板场2×42预制生产线的施工经验,系统介绍CRTS Ⅱ型轨道板预应力钢筋摩阻力的产生原因,以及预应力钢筋内应力和摩阻力测定原理、测定方法,为计算确定CRTS Ⅱ型轨道板预应力钢筋内应力,并确保力学性能指标符合设计要求提供一种可供参考的检测方法。

桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道参数对轨道结构振动响应的影响

列车荷载作用下,轨道结构振动损坏与轨道结构参数关系密切,为研究桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构参数对轨道振动的影响,基于高速列车-CRTSⅡ型板式无砟轨道-桥梁耦合振动有限元分析模型,从时、频域对比分析轨道参数对桥上CRTSⅡ板式轨道振动特性的影响。研究结果表明:增大钢轨质量与惯性矩可降低轮轨力,采用重型钢轨可降低钢轨振动水平,对降低轮轨噪声具有一定积极意义。钢轨振动水平在1~40 Hz范围内随扣件刚度的增加而减小;但在40~100 Hz范围内,钢轨的振动水平随着扣件刚度增加而略微增大。在40~100 Hz范围内减小扣件的刚度可以减小轨道板、桥梁的振动水平,减振效果随着垫板刚度的减小而增大。随着轨道板厚度增大,钢轨振级在60~250 Hz频率范围内呈减小趋势,在2.5~60 Hz范围内呈增大趋势;轨道板的振级在60 Hz以上的频率范围内随轨道板厚度的增大而减小;桥梁的振级在20 Hz以上的频率范围内随轨道板厚度的增大而减小。

简支梁桥上CRTS Ⅱ型板式轨道墩台挠曲力研究

根据简支梁桥上CRTS Ⅱ型板式轨道的结构特点,运用有限元软件建立了墩台挠曲力的计算模型,分析了底座与桥梁间的滑动层摩擦系数、墩台水平线刚度、扣件纵向阻力和轨道板、底座刚度折减系数对墩台挠曲力的影响。计算结果表明,墩台挠曲力随墩台水平线刚度的增大而增大,基本成线形关系;滑动层摩擦系数、刚度折减系数对墩台挠曲力有较大影响,而扣件纵向阻力的影响可忽略不计。

CRTS Ⅱ型轨道板2×42预制生产线关键技术

根据混凝土平板预制构件长线台座法生产经验,生产线最佳长度为120 m,结合CRTSⅡ型轨道板特点提出了42块CRTSⅡ型轨道板生产线设计方案,建立有限元模型进行了受力计算,开展了张拉台座设计;对42块轨道板生产线张拉和放张时模板位移、回弹、预应力和摩阻力损失、张拉梁中间挠度等进行了探讨;研究了2×42一场两线布置的轨道板场生产组织。

高速铁路CRTS Ⅱ型板式无砟轨道底座板修复技术

结合高速铁路简支拱桥CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板修复施工,分析底座板病害成因,提出施工方案和技术措施,通过精心安排、合理组织,达到预期效果。在高速铁路运营线上对无砟轨道进行结构修复施工在我国尚属首例,对其他高速铁路无砟轨道结构修复施工具有借鉴意义。

高速铁路CRTS Ⅱ型轨道板制造工艺的创新与改进

Ⅱ型轨道板是在德国博格板的基础上消化、吸收、再创新的成果。博格板制造的突出特点是整个工厂生产线按照"一厂三线"生产规模布置;使用超细水泥配制Ⅱ型板混凝土;为达到预期设计精度,对每块轨道板均采取大量磨削处理。在国内使用时发现效率低、成本高、有质量隐患等诸多弱点。为克服上述缺点,提出以"一厂两线"的生产工艺代替"一厂三线"的生产工艺、以硅酸盐水泥添加普通掺合料代替超细水泥和硅酸盐水泥添加早强掺合料。具体介绍了工艺措施和良好的实施效果,为我国高速铁路的长远健康发展奠定了基础。

CRTS Ⅱ型轨道板打磨技术研究

结合石武客运专线驻马店轨道板厂工程实例,对CRTSⅡ型轨道板打磨技术进行了探讨研究,并根据打磨过程中容易出现的问题及如何提高打磨精度提出处理措施。

桥上CRTS Ⅱ型底座板裂缝宽度时变可靠性研究

该文开展了不同环境温度下的桥上CRTSⅡ型底座板裂缝宽度时变可靠性研究。具体包括:比选确定了考虑钢筋锈蚀的底座板受拉钢筋有效截面积计算模型,建立了底座板纵向裂缝宽度极限状态函数,开展了列车荷载、桥梁变形和温度作用对底座板的作用效应分析;基于热力学传导公式,发展了基于气象信息的温度作用概率模型关键参数计算方法;考虑不同环境温度条件,开展了北京地区某桥上CRTSⅡ型底座板60年服役期内裂缝宽度时变可靠性分析。研究发现:底座板纵向裂缝宽度可靠性随服役时间的增长呈现下降趋势;正温度梯度较负温度梯度对底座板更为不利;裂缝截面处钢筋锈蚀会降低底座板裂缝宽度可靠性,且随着锈蚀程度的提高可靠指标下降速率明显加快;低温环境下底座板的裂缝宽度可靠性较低,应对低温环境下的底座板开裂失效模式加以重视。