温度作用下轨道板与CA砂浆离缝对CRTSⅡ型板式轨道的影响分析

轨道板与水泥乳化沥青砂浆离缝是CRTSⅡ型板式无砟轨道的主要伤损形式之一,水泥乳化沥青砂浆具有支承、缓冲、传载等作用,离缝将影响无砟轨道的变形与受力。基于弹性地基梁体理论和有限元方法,建立了路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道有限元模型,分析在温度荷载和自重作用下不同离缝长度以及产生离缝后CA砂浆层参数对轨道结构的影响。结果表明:轨道板的翘曲位移及纵向应力均随着离缝长度增大而增加;当离缝长度超过1.95 m时,轨道板的翘曲变形及纵向应力都急剧增大,建议轨道板与CA砂浆层离缝长度不宜超过1.95 m。

路基上CRTS Ⅱ型板式轨道裂纹影响分析

为分析路基上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道轨道板开裂对车辆和无砟轨道结构的影响,根据弹性地基梁理论、有限元方法和轮轨系统耦合动力学理论,建立了弹性地基梁体的有限元模型和车辆-轨道-路基垂向耦合振动模型.采用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,分析了轨道板开裂对轨道结构的静、动力学性能和行车性能的影响.分析结果表明:轨道板开裂对轨道结构受力的影响较小,不影响行车的平稳性和安全性;随列车速度增大和轨道板开裂,均会增大轮轨作用力和轨道结构的动力响应;在裂缝地段,应采取减振、隔振、控制轨道几何不平顺等措施降低轨道结构的动力响应;轨道板开裂将影响无砟轨道的耐久性和使用寿命,应及时修补.

CRTSⅡ型板式轨道宽接缝开裂及修补材料对轨道板的影响分析

CRTSⅡ型板式无砟轨道结构,由于宽接缝处存在着新老混凝土结合的问题,容易出现裂缝。在现场发现宽接缝处开裂较大,对于裂缝宽度超过标准的地方需要采用修补材料进行修补。当采用修补材料对裂缝进行修补后,可能影响轨道板的变形和受力。通过ANSYS有限元软件建立无砟轨道弹性地基梁体模型,分析出现裂缝后,不同的裂缝宽度、深度以及不同弹性模量的修补材料对轨道板的影响,为CRTSⅡ型板式无砟轨道裂缝的修补提供参考。

施工过程中CRTS Ⅱ型轨道板竖向上拱变形研究

研究目的:CRTSⅡ型板式无砟轨道施工过程中,轨道板窄缝浇筑后纵连前,轨道板处于一种偏心受压状态,在温度荷载作用下轨道板容易产生上拱变形现象。本文利用ANSYS软件,建立温度荷载作用下CRTSⅡ型轨道板上拱变形有限元力学分析模型。通过对轨道板上拱变形过程模拟,分析其上拱变形的基本规律,以及砂浆层粘结强度、板边离缝深度和轨道板温度梯度对轨道板竖向上拱临界温升幅度的影响。研究结论:(1)轨道板上拱变形从板端约第一扣件处逐渐向板中蔓延,当达到某一临界温升幅度ΔT时,将导致轨道板与砂浆层的粘结失效而分离;(2)轨道板上拱临界温升幅度随着粘接强度增大而增大,增大轨道板与砂浆层的粘结强度,不仅可以抑制和延缓轨道板上拱的发生,同时可减小板边上拱程度;(3)施工过程中,采取措施减少轨道板与砂浆层的离缝面积,有利于提高轨道板上拱的临界温升幅度;(4)温度梯度的作用会加速轨道板上拱变形;(5)不同温度状态下的轨道板上拱变形现象,可反映出轨道板与砂浆层之间的不同粘结状态;(6)该研究成果对于完善CRTSⅡ型板式轨道的施工技术具有指导意义。

CRTSⅡ型板式无砟轨道充填层离缝修复技术研究

充填层离缝是CRTSⅡ型板式无砟轨道结构主要的病害形式。在实地调研我国CRTSⅡ型板式无砟轨道充填层离缝病害的基础上,分析了CRTSⅡ型板式无砟轨道结构充填层离缝的主要种类、原因及危害。根据高速铁路无砟轨道结构特点,研究充填层离缝修复材料技术要求。结合现场实践给出了离缝修复工艺,并对离缝修复效果进行跟踪考察。

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。

基于车辆-轨道单元的桥上CRTS Ⅱ型板轨道竖向振动分析

根据车辆与桥上CRTS II型板轨道结构相互作用的特点,提出一种车辆单元与一种轨道单元,运用有限元方法和Lagrange方程,建立2种单元的动力有限元方程。车辆单元与传统车辆模型的不同在于每个车轮下附有一系钢轨,该钢轨仅用于车辆与轨道之间的耦合,不计其质量和刚度。利用这种车辆单元,可建立运行车辆与轨道结构耦合的显示算法,避免了复杂的程序编制工作。基于轨道参振作用,轨道单元从形式上表现为扣件间距范围内的一段轨道截矩,涵盖了钢轨、扣件、轨下垫板、轨道板,混凝土连续底座板、桥面板以及相互作用的4层梁模型。计算结果与文献对比表明,基于车辆单元与轨道单元的车辆—轨道—桥梁耦合振动模型及其程序能够反映轨道结构的振动特性以及进行相应的动力性能分析。

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.

宽窄接缝破损对CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路受力的影响

现场调研表明,CRTSⅡ型板式无砟轨道宽窄接缝处存在严重破损情况,极大地影响轨道结构的受力和变形。为了明确宽窄接缝破损的影响,本文基于有限元理论,利用ANSYS软件建立了路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路计算模型,研究了温升和持续高温荷载作用下,宽、窄接缝分别破损对无缝线路受力和变形的影响。研究结果表明:在温度荷载作用下,与宽窄接缝完好时相比,宽窄接缝破损造成钢轨受力和变形增大,钢轨的垂向不平顺较为明显;宽窄接缝破损处两侧轨道板与砂浆层脱粘,轨道板出现上拱,并在持续高温作用下脱粘范围向板中蔓延,上拱位移不断增大。其中,宽接缝完全破损时脱粘长度可达到1.438 m,上拱位移达到0.612 mm,窄接缝完全破损时脱粘长度可达到1.625 m,上拱位移达到1.438 mm;宽窄接缝破损处的纵向压应力较大,超过混凝土抗压强度,导致混凝土被挤碎,破损程度加剧。

CRTSⅡ型板式轨道宽接缝开裂对轨道受力的影响分析

为分析CRTSⅡ型板式无砟轨道宽接缝开裂对轨道受力性能的影响,以桥上Ⅱ型板式轨道为例建立计算模型,应用有限元法,计算分析在不同荷载作用下宽接缝的开裂对Ⅱ型板式轨道受力性能的影响。研究结果表明,整体降温条件下开裂对轨道结构的受力影响最大,正温度梯度增加了轨道板的最大翘曲位移;宽接缝开裂深度对轨道受力影响最为明显,当开裂深度达到200 mm时,底座板所受拉应力达到3.05 MPa;提出了Ⅱ型板式无砟轨道宽接缝开裂的修补标准建议值。

高温环境下列车荷载对CRTSⅡ型板式轨道宽窄接缝损伤行为的影响

针对高温环境下CRTSⅡ型板式轨道易受列车荷载作用产生宽窄接缝伤损的问题展开研究,建立有限元模型,分析轮载作用位置、轴重大小以及制动力等列车荷载作用特征与高温环境耦合作用下宽窄接缝损伤行为及发展规律。研究表明:列车荷载与温度耦合作用下宽窄接缝伤损主要发生在宽接缝下部;轴重作用位置会影响宽窄接缝最先出现损伤的位置及发展趋势;轴重会加剧宽窄接缝的损伤程度,当轴重超过5 t时,会使宽窄接缝损伤急剧增大;制动力对宽窄接缝影响与作用位置有关,且当制动力作用于宽窄接缝正上方时对宽窄接缝损伤影响最大。列车荷载对宽窄接缝影响主要体现在改变伤损位置、形态及发展趋势上,且对伤损发展有一定的加剧作用。

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道宽接缝开裂对纵连钢筋受力特性的影响

CRTSⅡ型板式无砟轨道结构作为一种纵连板式轨道结构,通常采用6根精轧螺纹钢筋实现轨道板的纵向连接;但因外部荷载作用易造成宽接缝新老混凝土连接处发生开裂,轨道板内部纵连钢筋应力重新分布,有可能会威胁到钢筋的正常工作。基于有限单元法,运用单元生死技术,建立不同宽接缝开裂状态(完全开裂或未开裂)下含预应力钢筋的桥上CRTSⅡ型板式轨道结构计算模型,研究不同外部荷载作用对纵连钢筋受力性能的影响。结果表明:宽接缝开裂会导致宽接缝位置处钢筋应力的突变;整体温降对钢筋应力的影响最大,降温幅值过大甚至会导致钢筋屈服破坏;正温度梯度对钢筋应力影响较大,会导致宽接缝开裂处钢筋应力的大幅降低;而负温度梯度和列车荷载作用下,宽接缝处钢筋应力变化均不明显。

CRTSⅡ型板式无砟轨道抬板维修时轨道板锚固方案研究

在CRTSⅡ型板式无砟轨道抬板维修时需要解除轨道板间的纵向连接,在存在温度力的情况下解锁纵连钢筋将释放温度应力,引起抬板处两侧的轨道板产生纵向位移,对轨道结构的稳定性不利。为了减少这种影响,抬板前须对两侧相邻的轨道板进行植筋锚固处理。本文应用ANSYS建立轨道板抬板维修计算模型,并对比分析不同植筋锚固方案的效果。研究结果表明:抬板维修时宜对邻侧2块轨道板进行植筋锚固;第1块板宜植筋16根;第2块板在温度变化较大情况下宜植筋16根,在温度变化较小情况下宜植筋8根。

墩底沉降对桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力的影响

针对墩底沉降引起的桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向受力与变形问题,基于有限元法和梁-板-轨相互作用机理,建立多跨简支梁和大跨连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,研究各墩底均匀沉降及差异沉降条件下无砟轨道和桥梁结构纵向力与位移分布规律.结果表明:各墩底发生均匀沉降时,两侧桥台及相邻桥墩顶为薄弱位置,两种桥上轨道结构纵向力与位移最大值及其变化趋势基本一致,且随沉降量的增加而线性增大;各墩底发生差异沉降时,沉降值突变的相邻桥墩顶为薄弱位置,该处轨道结构纵向力与位移随着沉降差值的增加而明显增大;需严格把控长大梁桥墩底桩基础的施工质量,避免各墩底发生差异沉降;研究成果可为桥上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.

桥上CRTSⅡ型板式轨道梁端高强度挤塑板的合理弹性模量研究

依据梁端CRTS域型板式轨道的结构受力特征，采用梁模拟钢轨、轨道板和底座板，线性弹簧模拟扣件与CA砂浆的弹性作用，采用单向受压弹簧模拟滑动层与挤塑板的支撑作用，建立梁端轨道叠合梁计算模型，分析挤塑板弹性模量对无砟轨道承受轮载以及梁端位移时的受力变化规律。分析表明：由于梁端挤塑板弹性模量相对较低，列车通过时容易引起刚度不平顺、增大轨道受力，应适当提高挤塑板弹性模量；而梁端位移作用时，较大的挤塑板弹性模量则会引起较大的附加弯矩。综合考虑两方面作用，在常用32 m梁上，挤塑板弹性模量在10-0 MPa时，轨道受力状态最佳，其他梁型应根据实际梁端位移适当调整挤塑板弹性模量。

简支梁上CRTSⅡ型无砟轨道动力特性的试验研究

为研究纵连板式无砟轨道-桥梁整体的动力性能,对桥上CRTSⅡ型无砟轨道建立了多测点测量系统,详细观测了CRTSⅡ型轨道工作时各结构的响应特征,对各结构的横向加速度、竖向加速度、竖向位移以及梁体的自振频率、阻尼比、动力系数进行了统计分析.结果表明:CRTSⅡ型无砟轨道系统的竖向总减振率可达90%以上,行车振动传至桥面板时,最大竖向加速度幅值为3.93 m/s^2,最大竖向位移幅值为0.131 4 mm,满足相关规范要求;行车振动对邻线影响较小,且影响主要集中在简支梁固定支座端;车致振动响应基本与行车速度呈正相关;在特定速度附近,部分结构可能产生与轨道系统整体不同步的振动模式,存在离缝与损坏的隐患;在CRTSⅡ型无砟轨道系统下,简支梁一阶竖向自振频率约为7.27 Hz,略大于裸梁理论值.

双线桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构涂刷反射隔热涂层影响分析

为降低持续高温对轨道结构的影响,分析反射隔热涂层在桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构上的适用性。对比分析反射隔热涂层涂刷前后及不同涂刷次序下桥梁–轨道系统的纵向受力特性。研究结果表明:全桥涂刷反射隔热涂层对梁体的影响可以忽略;在最不利条件下施工时,涂刷反射隔热涂层处底座板的伸缩压力增大200～400 kN,但远小于轨道板伸缩压力的降低幅度;涂刷反射隔热涂层后,轨道板伸缩压力降低约1 800 kN,有效降低了持续高温情况下轨道板上拱风险。在铁路双线桥CRTSⅡ型板式无砟轨道结构上涂刷反射隔热涂层时,优先考虑轨道板受力即可;双线同时涂刷对轨道结构受力最有利。

高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道稳定性理论研究

研究目的:目前,纵连轨道板上拱是我国CRTSⅡ型板式轨道主要伤损类型之一。本文基于微分方程法和能量法相结合,采用单波弯曲变形曲线,建立更加符合纵连轨道板实际状态的直板和考虑竖曲线的曲板稳定性分析模型,推导得出稳定性计算公式,研究轨道板稳定性相关参数的影响规律。研究结论:(1)CRTSⅡ型板式无砟轨道应参照无缝线路稳定性理论进行纵连轨道板稳定性分析,得出轨道板最小临界温升幅度,为确定施工锁定板温提供依据;(2)轨道板与砂浆层界面的离缝或削弱是造成轨道板上拱的最直接原因,CA砂浆黏结强度的降低可导致轨道板臌曲临界力大幅度下降,CA砂浆黏结强度降低50%时,临界板温降低25%;轨道板纵向阻力降低50%时,最小临界板温降低5.7%,临界正矢增加38.1%;轨道板初始弯曲越大,最小临界板温越低,临界波长也变长,临界正矢减小;竖曲线对轨道板稳定性的影响很小,最小临界温度力降低不超过1%;(3)本研究成果阐明了纵连轨道板上拱的力学机理和诸多关键参数的影响规律,可为高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道稳定性研究提供理论参考。

高温条件下CRTSⅡ型板式无砟轨道变形整治措施研究

针对高温条件下CRTSⅡ型板式无砟轨道轨道板离缝上拱、宽接缝破损等结构病害,在病害类型调研及成因分析的基础上,对既有CRTSⅡ型板式无砟轨道离缝上拱的病害整治方案进行了总结。结合CRTSⅡ型轨道板修复试验,利用有限元方法分析了植筋锚固和注胶对轨道板离缝上拱的整治效果,在此基础上提出了CRTSⅡ型板式无砟轨道离缝上拱病害整治的优化及预防措施,为无砟轨道结构病害的养护维修提供参考。