大跨桥上纵连板式轨道受压稳定性

为探讨大跨桥上纵连板式轨道的受压稳定措施,根据大跨桥上纵连板式轨道的结构和纵向受力特点,以某跨径为94 m+168 m+84 m的预应力混凝土连续刚构桥为例,建立了轨道板-桥梁-墩台的有限元模型,并确定纵连板和底座板最不利段.将列车荷载作用下纵连板和底座板向上的挠曲作为初始弯曲缺陷,按照第二类稳定问题对纵连板式轨道的受压稳定性进行了分析.结果表明,对大跨桥上的纵连板式无砟轨道,在列车荷载和温度压力的共同作用下,纵连板和底座板可能发生竖向失稳,可设置"倒L"型双向挡块以增加稳定性;当纵连板和底座板的最大允许温升为30℃时,该桥"倒L"型双向挡块的间距不宜大于16.7 m.

纵连板式轨道稳定性分析及上拱整治研究

研究目的:针对持续高温天气下纵连板式轨道上拱变形问题,本文依据弹性薄板理论构建稳定性分析模型,并根据CA砂浆层间黏结强度的内聚力模型,分弹性损伤、层间脱黏以及离缝上拱三个阶段建立系统总能量方程,运用能量变分原理和瑞利-里兹法,确定纵连板式轨道上拱变形的全过程平衡路径及失稳临界条件。研究结论:(1)在运营损伤工况下轨道板失稳的最不利临界温升为20.53℃;(2)钢轨温度力向上分量对单块轨道板的作用合力达19.866 kN,对轨道板上拱的影响较为显著;(3)窄接缝破损可导致层间脱黏阶段临界温升降低3.91%;(4)CA砂浆黏结强度下降20%可导致层间脱黏阶段失稳临界温升下降17.24%;(5)轨道板纵向阻力由55%降低至10%,最小失稳临界温升可降低32.81%;(6)轨道板厚度增加10 mm,最小失稳临界温升可提高6.03%;(7)该研究成果可为纵连板式轨道及其他既有轨道结构的病害整治措施提供理论参考。

大跨桥上纵连板式轨道断板力计算研究

基于梁轨相互作用原理和有限元方法,文章采用梁单元和弹簧单元模拟各结构层,建立了大跨桥上纵连板式轨道纵向力计算模型,并以某跨径为94m+168m+84m的连续刚构桥为例,计算了断板力工况下的桥上纵向附加力。计算结果表明:当考虑两股轨道同时断板的最不利情况时,取消固结机构后,受断板力影响最显著墩台的墩顶纵向水平力降幅达78%,建议固结机构抗剪设计时应保证大跨桥上板式轨道发生最不利断板的同时,固结机构也一起被剪断,以确保桥梁结构的安全。

简支梁桥上纵连板式轨道无缝道岔温度力研究

桥上纵连板式轨道借助底座板的纵连解决梁端转角对轨道结构的不利影响,通过设置滑动层来削弱梁轨相互作用,这种设计思想对桥上铺设无缝道岔具有积极的借鉴意义。基于梁轨相互作用原理和有限元方法,采用梁单元和弹簧单元模拟各结构层,建立桥上纵连板式轨道无缝道岔纵向力计算模型,对多跨简支梁桥进行温度力计算,分析轨道板和底座板伸缩刚度变化、滑动层摩擦系数的影响。

纵连板式轨道在墩台位移作用下梁轨相互作用规律研究

针对简支梁和连续梁,建立整桥系统的计算模型,对墩台位移引起的作用力作用下桥上纵连板式无砟轨道的梁轨耦合作用规律进行分析研究。研究表明:墩台位移引起的作用力是纵连式无砟轨道梁轨相互作用较重要的附加作用力,建议受日照及风荷载影响较大的高墩桥设计中考虑墩台位移引起的作用力的影响;连续梁与简支梁桥墩向右位移时所受的外荷载大致相当,轨道及桥梁各部件所受附加力也大致相等,且桥墩纵向位移越大,各部件所受附加力越大;考虑桥梁伸缩及桥墩位移的共同作用时,轨道及桥梁各部件的受力与变形均较单因素作用时量值大,且连续梁上各部件的受力与变形较简支梁大;从梁体位移方向的比较来看,当桥墩位移与桥梁伸缩方向相同时,钢轨、轨道板、端刺的受力及轨道各部件的位移较大,而当桥墩位移与桥梁伸缩方向相反时,剪力齿槽、墩台、底座板所受纵向力较大;从荷载耦合方式来看,桥梁伸缩及桥墩位移两种荷载耦合时,轨道及桥梁各部件的受力与变形要小于两种荷载单独作用后将计算结果叠加的情况,主要是由于滑动层摩阻力等线路约束阻力的塑性极限造成的。

桥墩沉降下纵连板式轨道与桥面间动态接触行为及其对列车动态特性的影响

桥墩沉降在高速铁路运营过程中不可避免,其会导致纵连板式轨道与桥面之间的变形不协调,进而引起底座与桥面之间的动态接触行为,恶化轨道力学性能并最终影响列车正常运行。这对这一问题,文章首先研究该动态接触过程的产生机制,并基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论提出纵连板式轨道和桥面间动态接触行为的研究方法;借助该方法从静态与动态两个角度研究桥墩沉降下轨道-桥梁动态接触行为;在此基础上探讨列车通过时的动态特性。结果表明:桥墩沉降和列车荷载会导致底座与桥面出现三处明显的动态接触区域;桥墩沉降导致的相邻桥墩处梁体上拱位移远小于沉降桥墩处的梁体下沉,但是沉降对上拱区域力学特性的影响却不可忽略;轨道的纵向连接特性可以在一定程度上缓解高速列车通过沉降区域时的振动;轨道随机不平顺不能完全掩盖桥墩沉降对系统动态特性的影响,表明沉降对系统的影响是不可忽视的。

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。

特殊工况下桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔温度力研究

为进一步研究桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔受力和变形的特点,分析了其在实际工程中常见的底座板发生收缩徐变、底座板存在施工温差和底座板断板三种工况下温度力的变化规律。基于梁轨相互作用关系,建立了"岔—板—桥—墩"一体化空间计算模型,利用有限元法,编制了相应计算程序。经计算分析表明,随着底座板收缩徐变的增大,基本轨温度力和伸缩位移增大;随着底座板施工温差的增大,基本轨温度力和伸缩位移有较大的增长;底座板断板后,会显著增大岔区基本轨温度力和伸缩位移。

纵连板式无砟轨道动态应变分布规律研究

纵连板等无砟轨道的疲劳损伤与列车动载作用密切相关,特别是动荷载作用时,将在作用点附近形成较高的应变率及梯度分布,是造成无砟道床动力损伤不可忽视的因素。为研究纵连板在高速列车荷载作用下的应变分布规律,基于车-轨耦合作用动力学理论及模型,研究轨道结构混凝土应变速率演变规律及影响因素。结果表明:轨道结构应变率随窄接缝尺寸和砂浆层弹性模量增大而减小;轨道结构沿垂向应变率变化较纵、横向更为敏感;轨道板等结构受拉区应变率远大于受压区;列车荷载作用下砂浆层应变率最大值为2.193×10^(-3)/s,窄接缝位置处应变率最大值达到1.096×10^(-3)/s,二者均明显大于轨道结构其余部分,建议进行纵连式轨道动力研究时宜着重关注窄接缝和砂浆层的动态应变变化。

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。

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。

桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔力学特性

为研究桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔的力学特性,根据桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔的特点,采用有限元方法,建立桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔的纵-横-垂向空间耦合计算模型.以铺设在桥上的客运专线18号无砟轨道无缝单渡线为例,研究轨道板/底座板伸缩刚度、摩擦板长度、桥梁形式对桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔力学特性的影响.结果表明:减小轨道板/底座板伸缩刚度,对轨道结构变形影响较小,但下部结构受力明显降低,最大降幅约为90%;增加摩擦板长度,有利于控制桥上无缝道岔的受力与变形,可减小下部结构受力,当摩擦板长度由50 m增至100 m时,端刺受力可减小约18%;桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔宜铺设在连续梁上.

桥上纵连板式无砟轨道疲劳应力谱的理论研究

为获得服役期间桥上纵连板式无砟轨道疲劳应力谱计算理论,考虑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、无砟轨道荷载的共同作用和时变特性,分别建立和验证了桥上纵连板式无砟轨道温度场计算模型、多尺度高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁三维有限元耦合动力学模型、纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型,并在此基础上,提出了桥上纵连板式无碎轨道疲劳应力谱计算理论.研究结果表明:利用提出的疲劳应力谱计算理论可得到服役期间桥上纵连板式无砟轨道各部件钢筋与混凝土应力时程曲线及疲劳应力谱;考虑多种荷载工况,能深入探讨桥上纵连板式无砟轨道疲劳破坏机理和影响规律;计算理论可为丰富和完善我国无砟轨道设计理论提供重要依据.

墩台沉降对桥上纵连板式无砟轨道线路动力影响

基于耦合动力学理论,考虑纵连板式无砟轨道-桥梁系统各部件间非线性接触,建立高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁三维非线性有限元耦合动力学模型。运用建立的模型,研究高速列车在桥上纵连板式无砟轨道线路墩台不均匀沉降区段行驶时,墩台沉降对高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁耦合系统动力特性的影响。研究结果如下:①墩台不均匀沉降对高速列车、纵连板式无砟轨道各部件振动特性有很大影响,但对桥梁振动影响相对较小;②墩台不均匀沉降对最大垂向轮轨力、扣件最大压力影响较小,而对钢轨最大正弯矩、扣件最大拉力、轨道板和底座板纵向最大拉应力、CA砂浆最大压应力影响较大;③墩台不均匀沉降对耦合系统振动特性及无砟轨道动应力特性的影响不是简单的单调线性增加,而与墩台不均匀沉降引起的无砟轨道各部件间、无砟轨道与桥梁间局部脱空有关。

路基上纵连板式无砟轨道动力特性分析

为研究土质路基上纵连板式无砟轨道动力性能,建立了列车-路基上纵连板式无砟轨道耦合动力学模型.模型中,将纵连板式无砟轨道及路基视为空间层状粘弹性体,采用连续体建模法,建立其运动微分方程并用Galerk in法进行离散变换;分析了CRH2-300动车组以300、350 km/h速度运行时,路基上纵连板式无砟轨道的动力特性,并与京-津城际铁路实测结果比较.结果表明：水泥沥青砂浆最大动应力为46.8~50.5 kPa,小于砂浆层设计指标值15 MPa;动变形随深度衰减较慢,动应力随深度衰减较快;单个转向架产生动应力的影响范围沿线路纵向约为5 m、横向约为3.25 m;轨道板、水泥沥青砂浆层和支承层沿深度方向的变形分布差别不大.

桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋疲劳寿命预测模型试验研究

进行了服役期间组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋随机变幅疲劳应力谱平均应力修正模型和累积损伤模型研究,以便为组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋疲劳寿命预测模型的建立提供支撑.通过对HRB500钢筋标准试件进行等幅疲劳试验,研究平均应力对HRB500钢筋疲劳寿命的影响规律,并在此基础上,研究工程上常用的疲劳应力谱平均应力修正模型对服役期间组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋的适用性;通过对HRB500钢筋标准试件进行三级变幅疲劳试验,分析Miner准则计算服役期间组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋累积损伤的适用性.研究结果表明,HRB500钢筋标准试件疲劳寿命随平均应力的增大而减小,工程上广泛采用的Goodman模型适用于随机变幅荷载下HRB500钢筋平均应力修正;Miner准则能较好地适用于服役期间组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋累积损伤计算.

桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋S-N曲线试验研究

研究目的:HRB500钢筋是桥上纵连板式无砟轨道中的主要受力钢筋,其在服役期间的疲劳特性是工程界十分关注的问题。为研究桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋的疲劳性能,本文首先进行HRB500钢筋的静力拉伸试验,在此基础上,对7种不同应力水平下HRB500钢筋进行对称拉压循环荷载下等幅疲劳试验。研究结论:(1)根据试验结果拟合得到了HRB500钢筋的S-N曲线;(2)依据相关规范对铁路工程结构物可靠度指标和纵向连接钢筋疲劳强度折减系数的相关规定,并参考英国BS 5400规范关于钢筋长寿命区S-N曲线的外推方法和由中值S-N曲线推导不同概率S-N曲线的相关规定,得到了可靠度指标4.2的适用于桥上纵连板式无砟轨道钢筋疲劳寿命预测的HRB500钢筋S-N曲线;(3)本研究成果可以为桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋疲劳寿命预测模型的建立提供试验依据。

桥梁收缩徐变诱发高速列车-CRTS Ⅱ型板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用研究

混凝土桥梁的收缩徐变效应在高速铁路桥梁工程中不可避免,会导致桥梁竖向变形,并最终导致CRTSⅡ型纵连板式轨道和桥面之间出现脱空。针对这一实际工程问题,深入研究收缩徐变引起的高速列车-纵连板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用问题。对桥梁收缩徐变下纵连板式轨道-桥梁系统非线性接触机制进行讨论;提出桥梁收缩徐变条件下高速列车-纵连板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用研究方法;在此基础上研究桥梁收缩徐变对桥轨非线性接触行为、轨道层间相互作用、轨道混凝土结构附加动应力以及列车动态特性的影响。研究表明:提出的研究方法可以有效地研究收缩徐变条件下列车-纵连板式轨道-桥梁结构的动力相互作用问题。在收缩徐变条件下,梁端处出现了底座和桥面间的脱空现象。列车动荷载引起桥轨接触力明显增大,同时也导致脱空区域发生明显变化。整体来看脱空区域长度对速度并不敏感。梁端位置处的轨道层间力有明显变化,砂浆力变化比扣件力剧烈。轨道板和底座上表面主要以承受拉应力为主,仅在脱空区域附近才出现局部受压;而下表面则呈现相反的应力分布。收缩徐变效应主要影响列车的振动,而对轨下结构的振动影响较小。

桥上纵连板式无砟轨道结构的温度翘曲变形及整治

介绍桥上纵连板式无砟轨道特点,观测和分析高速铁路桥上轨道板温度梯度及温度翘曲变形,对轨道板离缝进行统计,并对其机理进行分析,提出轨道板CA砂浆离缝整治可根据离缝宽窄及所处区段,采用接缝凿除释放应力、钻孔下压锚固与注浆相结合方案。

桥上纵连板式无砟轨道相关技术问题分析

研究目的:桥上纵连板式无砟轨道的轨道和桥梁结构通过锚固限位装置耦合在一起,在温度力、制动力等荷载共同作用下,桥上纵连板式无砟轨道系统的受力变得相对复杂。通过本文的研究,分析相关技术问题,并在结构设计时加以关注。研究结论:直线地段桥梁墩身检算时可不考虑底座板内的温度力;底座板检算时要考虑底座板刚度的折减,并将温度力作为主力、制动力作为附加力进行检算,且应考虑底座板具有较高刚度的工况;连续通过两桥之间的短路基时,轨道系统的温度力为内力(自平衡),摩擦板上承受的力要比设置端刺时小;模态分析发现,桥梁和轨道结构的反相位振动成为轨道拍打梁面的重要原因之一。