高速铁路CRTSⅡ型板式轨道高低不平顺敏感波长的分布特征及影响因素

目的:部分轨道不平顺波对高速铁路车辆系统的振动有较大的影响,需要从轨道结构振动控制的角度,对无砟轨道不平顺敏感波长的分布特征及影响因素进行研究,以降低轨道结构振动,延长轨道结构寿命。方法:介绍了车辆-CRTSⅡ型板式轨道耦合系统的动力学算法,列出车辆-CRTSⅡ型板式轨道耦合系统的运动方程,计算得到了轨道不平顺敏感波长。在分析CRTSⅡ型板式轨道敏感波长的分布特征的基础上,选取列车运行速度、扣件、CA(水泥沥青)砂浆、路基等4种影响因素,选取各影响因素不同工况的计算参数,分析计算各影响因素不同参数取值对轨道高低不平顺敏感波长的影响。结果及结论:轨道高低不平顺敏感波长总体上随列车运行速度增大而增大,但并不是严格的单调变化;扣件各参数主要影响低阶(前5阶)敏感波长,与扣件垂向阻尼相比,扣件垂向刚度对敏感波长的影响更大;CA砂浆各参数对轨道高低不平顺敏感波长几乎无影响;路基各参数对高低不平顺敏感波长的影响与扣件相似。

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.

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。

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。

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。

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。

CRTSⅡ型板式轨道台后锚固结构研究

CRTSⅡ型板式轨道采用摩擦板+主端刺形式的台后锚固结构。本文分析该锚固结构作用机理,指出摩擦板与底座板间摩擦力和土体阻力是保持锚固结构稳定的主要因素,提出锚固结构的两种失稳形式。在此基础上,提出台后锚固结构抗力计算方法,给出土体一般状态、极限抗剪状态和黏聚力丧失状态下土体阻力计算公式。应用提出的计算方法,分析倒T型主端刺锚固结构稳定性,指出底座板弹性模量折减存在的问题。开展现场试验,验证常用倒T型主端刺锚固结构在设计荷载下的安全稳定性,同时指出设计优化方向及填料存在的问题。

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。

长大桥梁上CRTSⅡ型板式轨道底座板施工工艺优化检算

在长大桥梁上CRTSⅡ型板式轨道中减少张拉后浇带可简化施工工序。本文对一种底座板优化施工工艺进行了检算,结果表明:在拧紧、张拉以及浇筑过程中温度变化将引起底座板产生内力和位移。为保证底座板锁定板温的一致和结构安全,需在张拉之前将各张拉后浇带螺母拧紧,采用位移控制的方法进行张拉,并适当延长临时限位区内的连接长度。在规定的施工温度变化范围内,连接器钢筋应力及稳定性满足要求。

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。

温度梯度荷载对CRTSⅡ型板式轨道层间损伤影响

研究目的:为探明温度梯度荷载对砂浆层和轨道板层间连接的影响,建立包含层间内聚力模型的CRTSⅡ型板式轨道有限元模型,分析正、负温度梯度荷载对层间离缝产生、发展及对轨道结构变形的影响,对比两种温度梯度荷载的影响差别。研究结论:(1)CRTSⅡ型板式轨道层间连接损伤区域和轨道结构变形均随温度梯度荷载的增加而增大,相同数值负温度梯度荷载引起的损伤更为严重;(2)当温度梯度荷载为-10~20℃/m时,其对层间损伤的影响甚微;(3)相同正温度梯度荷载作用下轨道板较砂浆层变形量更大,正温度梯度荷载作用下沿板边方向的轨道变形量较沿板中方向的大,而负温度梯度荷载作用下两者差别不大;(4)本研究成果可为高速铁路CRTSⅡ型板式轨道长期服役性能分析及其养修提供理论参考。

大跨连续刚构桥上CRTSⅡ型板式轨道纵向力分析

针对大跨连续刚构桥上CRTSⅡ型板式轨道,建立了桥上纵向力计算模型,计算了制挠力和温度力下的桥上纵向附加力,分析了滑动层摩擦系数取值、固结(限位)机构设置与其对桥上轨道附加纵向力的影响。计算结果表明:大跨连续刚构桥上CRTSⅡ型板式轨道以温度力为主要控制荷载;底座板在与台后端刺(锚固结构)刚性连接的部位极易发生断板,建议锚固结构与底座板采用弹性连接的形式,以降低底座板和锚固结构的受力,减小滑动层对轨道结构的摩擦系数以及在大跨连续刚构桥上设置限位机构。

快修砂浆对CRTSⅡ型板式轨道结构的动力影响分析

以CRTSⅡ型板式无砟轨道为研究对象,基于轮轨系统动力学原理,建立含有快修砂浆的车辆-轨道垂向耦合动力学模型。对比列车以不同速度通过普通砂浆区域与快修砂浆区域的不同工况,旨在研究快修砂浆对轮轨系统动力性能的影响,分析快修砂浆对车辆系统动力特性、轮轨垂向力、轨道动力特性和轨道部件垂向位移的影响。研究结果表明:应用快修砂浆会引起轨道刚度局部变化,列车高速通过时会引起较大的砂浆动应力,对砂浆产生不利影响。对于允许行车速度为350 km/h的线路,建议修复后限速为200 km/h,待砂浆完全达到设计强度和力学性能时再恢复运营速度。

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。

CRTSⅡ型板式轨道高温稳定性的影响因素研究

根据CRTSⅡ型板式无砟轨道上拱后的受力和变形特点,建立轨道板的垂向稳定性仿真分析模型,通过缩尺模型进行试验验证,并利用有限元法分析初始上拱、温度梯度、假缝和钢轨等对其垂向稳定性的影响。研究表明:轨道板初始上拱是轨道板失稳的关键影响因素,初始上拱矢度越大,轨道板的稳定性越差,若初始上拱矢度≥20 mm,轨道板会有整体失稳的风险;温度梯度对轨道板稳定性的影响较小,正温度梯度会降低轨道板的稳定性,负温度梯度会增强轨道板的稳定性;假缝会降低轨道板的稳定性,轨道板上拱位移越大,假缝的影响越明显;钢轨有利于保持轨道板的稳定性,但升温后钢轨的作用降低,为安全计,研究轨道板的稳定性可不考虑钢轨的影响。

路基上CRTSⅡ型板式轨道纵向接缝损伤成因分析

基于混凝土塑性损伤本构关系建立路基上CRTSⅡ型板式轨道有限元模型,探讨温度荷载、层间状态、材料质量等对宽接缝处混凝土损伤的影响,分析宽接缝损伤产生的原因。结果表明:正常状态下,因混凝土材料极限抗拉强度较小,其受拉损伤程度远大于受压损伤程度;若轨道板与宽接缝混凝土粘结较好,则轨道板在降温荷载作用下会沿着"假缝"开裂,符合设计的初衷;当轨道板与砂浆层之间出现离缝时须及时修复,以免在温度荷载作用下加大宽接缝损伤;若宽接缝处混凝土强度下降,则轨道结构损伤明显增大,现场施工应保证宽接缝处的混凝土质量;轨道板与宽接缝之间的离缝病害会加剧轨道板与砂浆层层间离缝的发展,应及时修复。

列车竖向荷载与CA砂浆离缝对CRTSⅡ型板式轨道开裂的影响分析

无砟轨道结构轨道板裂缝和结构层间离缝会导致结构性能退化,承载力降低,危及行车安全。基于弹性地基梁—体理论,建立路基上无砟轨道结构有限元模型。在正常状态和轨道板底部存在不同程度离缝状态时,对轨道板在列车竖向荷载下产生裂缝的位置和路径,以及2种状态下轨道板的翘曲位移和翘曲时轨道板底部地基弹簧拉应力进行分析。研究结果表明:无砟轨道板仅在列车竖向荷载作用下不会产生裂缝。当轨道板底纵向全部脱空且横向脱空宽度达到钢轨底面内侧边缘位置时,列车竖向荷载板端加载不会生成裂缝,板中部加载会产生裂缝。裂缝大致沿着轨道板纵向中心线附近开裂,在板端斜向板两侧边缘发展,预裂缝能够有效阻断裂缝的扩展路径。

CRTSⅡ型板式轨道假缝开裂对轨道受力的影响分析

为分析CRTSⅡ型板式无砟轨道假缝开裂对轨道受力性能的影响,以桥上Ⅱ型板式无砟轨道为例建立模型,应用有限元法,计算分析不同数量和不同深度的假缝裂缝在不同荷载作用下对Ⅱ型板式轨道受力性能的影响。结果表明,对比列车荷载和温度梯度的影响,正温度梯度作用下,假缝开裂对轨道结构的受力影响最大,裂缝深度小于200 mm时,裂缝处混凝土会发生局部受压破坏;裂缝深度达到200 mm时,开裂会导致底座板和砂浆层的连带破坏;随着开裂数量的增加,砂浆层和底座板的应力峰值减小。不同荷载作用下,假缝开裂都会导致裂缝处纵连钢筋应力的突变,但不会导致纵连钢筋的屈服破坏。

高温荷载下CRTSⅡ型板式轨道上拱变形特性研究

基于CRTSⅡ型板式轨道在高温荷载作用下的上拱变形是一种比较典型的病害,将功的互等法应用到实际工程中,推导高温荷载作用下弹性薄板的功的互等定理,建立适用于两对边简支两对边自由的轨道板上拱计算模型。分析Ⅱ型板式轨道在温度荷载作用下的上拱变形特性,研究结果表明:在高温荷载作用下轨道板的上拱位移随纵向位置的变化呈正弦曲线变化趋势。分析不同因素对Ⅱ型板式轨道板上拱变形的影响,研究Ⅱ型板式轨道的上拱变形特性。从轨道板垂向稳定性和行车安全性角度,提出优化轨道结构参数和层间病害修补时机的建议。

用于铺设Ⅱ型板式轨道的大跨连续梁桥合理温度跨度研究

大跨度混凝土桥梁结构型式在我国高速铁路中被广泛采用,但铺设无砟轨道的极限温度跨度成为困扰桥上Ⅱ型板式轨道的设计难题。根据桥上Ⅱ型板式轨道结构特点,建立桥上Ⅱ型板式轨道线-板-桥-墩非线性空间一体化模型,并在有限元软件ABAQUS中建立对应的有限元模型,探索不同荷载工况作用下,轨道结构受力和变形随温度跨度增长的特点,并运用桥上无缝线路设计理论和极限状态法对轨道结构进行检算。研究结果表明:随着温度跨度的增长,轨道结构受力有不同程度的增长,荷载工况中桥梁伸缩影响最大。当温度跨度达到496 m时,钢轨、轨道板检算均满足要求,但此时底座板已达到正常使用极限状态的控制条件。因此,建议用于铺设Ⅱ型板式轨道的大跨连续梁桥温度跨度不宜大于496 m。