高铁隧道内地下水作用下双块式无砟轨道道床板裂缝扩展研究

针对我国高速铁路隧道内CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工阶段道床板开裂问题,运用有限元软件建立隧道-无砟轨道三维实体模型,研究地下水作用下隧道内无砟轨道各结构层位移隆起变化规律,并结合FRANC3D软件,在道床板结构受力最不利位置插入不同形状的预制三维裂缝,分析水压、裂缝长度对道床板裂缝扩展的影响。研究结果表明:(1)三角形荷载作用相较于均布荷载作用时,道床板位移隆起量虽有所减小,但地下水压的反复作用始终会影响轨道结构的平顺性,甚至导致道床板与仰拱填充间出现离缝;(2)裂缝长度是裂缝失稳扩展的控制因素,在排水系统完全堵塞时,建议将裂缝长度控制在200 mm以内;(3)水压为裂缝扩展的关键影响因素,同等条件下水压越大,道床板裂缝扩展越迅速,均布荷载下道床板裂缝尖端应力强度因子是对应三角形荷载下的1.2~1.4倍。

路桥过渡段双块式无砟轨道道床板上拱整治方案

针对路桥过渡段连续型双块式无砟轨道端梁位置道床板上拱病害,建立理论分析模型,研究了层间黏结状态和端梁支承条件对道床板上拱变形的影响规律;提出五种植筋方案,并对比分析了各方案的整治效果。结果表明:整体上,道床板在路基侧距离端梁中心10 m范围内上拱,最大上拱位置距离端梁中心约3 m;随着层间抗拉和抗剪强度增加,道床板最大垂向位移呈非线性减小趋势,层间黏结强度显著抑制了道床板的上拱变形;层间摩擦因数以及支承层、级配碎石、AB组填料造成的端梁侧向支承刚度变化对道床板上拱变形的影响相对较小;在距离端梁20 m范围以外植筋对道床板上拱变形的限制较小,增加路基侧距离端梁10 m范围内植筋可以明显减小道床板上拱变形。

高速铁路双块式无诈轨道道床板伤损修复工艺研究

高速铁路无轨道具有良好的稳定性、几何尺寸持久保持、线路维修工作量小的特点。但随着高速铁路运营年限增加,线路、道床等病害逐步发展,道床板伤损病害也时有发生,这些病害影响轨道平顺性和旅客乘坐舒适度,甚至对行车安全产生危害。本文介绍了大西高速线双块式无轨道道床板伤损病害的原因、修复方案以及相关安全注意事项,为此类病害修复提供了借鉴和参考。

夏季高温双块式无砟轨道道床板早期温湿度分布特征

为了研究夏季高温道床板浇筑早期温度和湿度分布规律,制作了新建高铁桥上双块式无砟轨道道床板试验模型,开展了道床板浇筑早期温湿度长期监测试验,研究了温湿度分布规律和温度竖向、横向和纵向分布形式,并基于GEV模型提出了日温度最值代表值和日最大竖向正、负温度梯度代表值。研究结果表明:1)当龄期为11 h时,道床板温度达到最大值;在水化热影响下,浇筑后92 h内道床板温度随着埋深增加而呈递增趋势,随后受气温影响,温度呈相反规律变化;纵向板中湿度减小率比板端的高;2)道床板竖向温度是埋深和时间的非线性函数,分布呈“抛物线”形;埋深100~230 mm是高温核心区;道床板板中处竖向温度梯度最大,且竖向温度梯度随着埋深增加呈现出较大差异性;3)受线路走向影响,横向温度呈凸形非对称分布;纵向温度梯度较小,为了简化计算可以忽略不计;4)板中竖向负温度梯度代表值为67.17℃/m,大于规范值,建议竖向温度梯度取值在有条件情况下可根据现场实测数据确定;5)道床板早期温湿度、竖向温度梯度分布应重点研究板中断面,为了防止道床板浇筑后表面出现裂纹,应注重洒水养护,尤其是道床板板中洒水要均匀且充足。

无砟高速铁路道岔及道床板施工技术研究

随着社会经济发展水平的不断提高,国民出行需求不断增长,铁路事业面临着新的机遇及挑战,无砟高速铁路建设工作正逐步展开。在无砟高速铁路施工阶段,道岔施工与道床板施工是极为重要的工作内容,其施工质量与无砟高速铁路使用寿命密切相关。文章研究了无砟高速铁路施工中道岔施工技术及道床板施工技术要点,旨在提高施工环节的标准性与规范性水平,确保各道工序有序推进,从而提升无砟高速铁路的施工水平,延长无砟高速铁路的使用寿命。

湿度影响下双块式无砟轨道道床板新旧混凝土界面力学特性研究

在湿度影响下,混凝土的力学性能会随其内部不均匀的湿度场产生不同程度的变化,故水环境中的双块式无砟轨道各混凝土部件(轨枕、道床板及支承层)内部的材料性能存在差异,在长期荷载作用下易产生伤损。因此,探明由湿度导致材料性能变化对水环境中无砟轨道局部力学行为及损伤所带来的影响,对研究无砟轨道水致损伤形成和发展机理具有一定参考价值。通过建立双块式无砟轨道有限元实体模型,对水环境中双块式无砟轨道道床板新旧混凝土界面位置处的应变分布及疲劳损伤情况进行分析。结果表明:考虑湿度影响后,水环境中双块式无砟轨道道床板新旧混凝土界面位置处的变形性能与抗疲劳特性均有一定程度的削弱,长边接触面所受影响最为显著,其最大主拉应变增长31.6%,剪切疲劳寿命减短30.4%,出现在该面中上方位置,该处将是裂纹较早萌生的位置。

基于道床板温度裂缝的治理探究

通过实地调研某客运专线道床板裂缝病害,详述了该结构裂缝病害主要是由于低温收缩导致的温度裂缝,并基于温度应力计算公式,提出可从控制材料线膨胀系数及温度变化值等措施避免温度裂缝的产生。列举了常用的裂缝修补方式和裂缝修补材料,并根据裂缝修补等级确定出该实际工程的裂缝修补方式为灌浆法,可将CD-1型地聚合物注浆材料作为一种新型板式混凝土结构裂缝修补材料运用于实际工程中。待裂缝修补完成后,按照相关技术方案抽样选取道床板裂缝试点进行钻芯,并对其灌浆深度、抗压强度等指标进行检测评估,结果表明各项指标均能满足相关规定要求,其裂缝修补质量良好。

高速铁路双块式轨枕及道床板失效更换

随着运行里程及时间的增加,在不同运营条件下会导致高速线道床板及轨枕出现不同程度的损伤。通过对山西省某高速线实际运营条件、行车条件、高速线路线性进行收集,以车辆运行品质和轨道动态性能等指标作为个性化目标,在行车稳定性与安全性、优化变量的合理变化范围等约束条件下进行综合个性化设计,提出双块式轨枕及道床板个性化设计廊形,指导现场道床板及双块式轨枕维修,保证列车运行的舒适和安全,延长道床板混凝土使用寿命。

CRTS Ⅰ型无砟轨道道床板裂缝成因分析及应对措施

针对CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道道床板混凝土易开裂的问题,通过对实体结构调查,阐释了道床板混凝土的各种裂纹形式及其成因,并从设计、材料和施工3个方面提出了降低道床板混凝土开裂风险的技术措施。针对极端大风干旱地区环境特点,提出采用双掺保水-预蓄补水组分配制道床板自养护混凝土的技术思路,以期实现混凝土塑性阶段保水和硬化阶段内部持续补水的自养护功效,进而降低其开裂的风险。

连续道床板裂纹计算方法及影响因素

为研究双块式无砟轨道连续配筋道床板裂纹扩展的机理,基于钢筋混凝土粘结-滑移理论,建立了适用于连续配筋混凝土道床板裂纹扩展的计算模型.依据该模型计算了道床板裂纹宽度和间距,分析了道床板配筋率、纵向钢筋直径和混凝土强度对裂纹宽度、间距及钢筋应力的影响.分析结果表明:钢筋直径和配筋率直接影响裂纹间距,裂纹间距随钢筋直径增大而增大,随配筋率增大而减小;混凝土抗拉强度、配筋率和钢筋直径是裂纹宽度的主要影响因素,裂纹宽度随混凝土强度和钢筋直径增大而增大,随配筋率增大而减小;裂纹截面处纵筋应力不应超过其抗拉强度,配筋率和混凝土抗拉强度是决定钢筋应力大小的关键因素.

连续道床板拉伸开裂模型试验研究

为验证连续式无砟轨道温度裂缝型式和温度力荷载取值方法的正确性,针对目前高速铁路上普遍采用的连续道床板及底座板结构,考虑混凝土标号、配筋率及钢筋直径等影响连续无砟轨道设计的关键因素,设计了450 mm×80 mm×80 mm、中心配置直径10 mm带肋钢筋的混凝土构件,利用万能试验机进行张拉,模拟了连续道床板降温时的裂缝开展过程,测试了构件开裂前后的轴力及应力重分布情况.测试结果表明,张拉过程中,裂缝呈现出不稳定和稳定两种状态;裂缝出现后,钢筋与混凝土应力分布不均匀,裂缝位置处的钢筋应力增加至300 MPa以上;构件在全断面开裂后轴力会突然降低,开裂前后瞬间的轴力超过或达到了混凝土开裂轴力.对于采用C40混凝土的连续道床板,为保证结构的安全使用,应配置0.9%以上的钢筋使之满足强度要求,并将裂缝控制为不稳定裂缝状态,作为设计荷载之一的最大温度力荷载建议采用开裂后的轴力进行计算.

温度和列车动荷载作用下双块式无砟轨道道床板损伤特性研究

采用混凝土损伤塑性模型描述双块式无砟轨道道床板的力学行为,以变温作用下道床板最大损伤状态作为初始条件、车辆—双块式轨道耦合动力分析得到的各钢轨支点压力作为轨道—路基的外部激励,进行变温和列车动荷载共同作用下道床板损伤的演变规律及道床板损伤对结构受力影响的研究。结果表明:在降温过程中道床板会发生横向弯曲变形,产生损伤,导致受拉承载力下降;在升温过程中由于降温导致的道床板拉伸损伤不可恢复,所以道床板损伤值不变,最终保持在0.23左右,但刚度出现恢复现象;车辆经过已损伤的道床板时,道床板内部裂纹交替张开与闭合,刚度出现短暂的部分恢复阶段,刚度退化系数最大幅值为0.057,而道床板损伤值不变,且道床板的位移和加速度幅值、支承层与基床表面的动应力幅值均比无损伤时增大,拉应力幅值减小;损伤塑性模型能很好地反映道床板混凝土的软化及刚度退化行为。

单元双块式无砟轨道道床板长度的确定

为确定双块式无砟轨道道床板的合理单元长度,采用数值模拟的方法分析了列车荷载、纵、横向荷载、温度力、温度梯度作用下不同单元长度轨道结构的应力、应变响应;在此基础上,计算了不同长度单元板的裂缝宽度及所需的最小配筋率.现场试验结果表明:单元板长度越大,内部应力、板端位移量和板中裂缝宽度越大,满足裂缝宽度限值的配筋率越大;单元双块式无砟轨道板的长度宜小于8.0 m,推荐兰新二线采用长6.5 m的单元双块式无砟轨道道床板.

梁轨相互作用对过渡段道床板翘曲的影响

研究目的:为了明确梁轨纵向相互力学行为对无砟轨道路桥过渡段道床板翘曲的影响,建立路桥过渡段处双块式无砟轨道桥上无缝线路及道床板力学计算模型,研究桥梁及轨道结构约束作用、钢轨伸缩力、道床板温度梯度等对道床板翘曲变形的影响。研究结论:(1)考虑桥梁及轨道结构的约束作用时,道床板上拱量相对增大约28%,达到2.5 mm;考虑桥上无缝线路纵向附加力时,桥台附近的钢轨伸缩变形会降低道床板的上拱量约44%,降为1.4 mm,且随着钢轨伸缩力的增大,降低值越大;(2)正温度梯度作用下,道床板上拱量有所增加,增大约43%,达到2.1 mm,而负温度梯度作用下道床板上拱量有所减小,减小约14%;(3)桥梁升温幅度越大,道床板上拱量越小,且随着温度幅度的增加,降低趋势变缓;(4)对于大跨度桥梁梁缝处铺设伸缩调节器时,道床板上拱量较主桥铺设小阻力扣件工况增大约1.2倍,增大到7.8 mm;(5)该研究结论对无砟轨道路桥过渡段设计优化理论和工程实践具有一定指导意义。

无砟轨道混凝土道床板多重防裂措施应用研究

无砟轨道道床板开裂已成为高速铁路建设和运营过程中经常遇到的问题。针对无砟轨道道床板现浇混凝土容易开裂的现状,结合工程实例,采取内掺养护材料、外喷高效养护剂的"内部抗裂、外部防裂"双重裂控技术,并配合新型保湿养护膜的附加防裂措施。实践证明,该方法有效解决了道床板混凝土的开裂问题,提升了无砟轨道道床板施工质量,可供同类工程借鉴。

路基上双块式无砟轨道道床板空间力学特性研究

研究不同荷载作用下,高速铁路路基上双块式无砟轨道道床板空间力学特性。钢轨及道床板中钢筋用梁单元模拟,道床板、双块式轨枕、支承层以实体单元模拟,钢轨与道床板、道床板混凝土与钢筋、支承层与路基之间的连接用弹簧单元模拟,建立了可考虑混凝土开裂的路基上双块式无砟轨道三维有限元力学模型,分析了自重荷载、列车垂向荷载、不沉匀沉降荷载、温度梯度荷载作用下道床板的空间力学特性。结果表明:温度梯度荷载对混凝土纵、横向拉应力的影响最为显著;在列车荷载、不均匀沉降及温度梯度荷载作用下,钢筋纵向拉应力均超过了20 MPa;不同荷载作用下,支承层厚度、支承层弹性模量、道床板厚度等参数变化对混凝土和钢筋力学特性的影响不同;混凝土和钢筋纵向拉应力随着道床板裂缝间距的增加而增大。

基于早期温度应力的道床板施工方式

建立考虑水化热、混凝土收缩和弹性模量等时变参数的双块式无砟轨道道床板早期温度应力瞬态分析有限元模型,分析道床板内部水化热与外部环境温度共同作用下的道床板早期温度应力分布特征,比较不同施工季节、浇筑时刻以及钢模支撑条件对道床板早期温度应力的影响。研究结果表明:道床板早期温度应力受水化热和外界环境温度影响较大,内部应力主要受控于水化热,表面应力主要受控于环境温度,轨枕侧边是容易产生早期温度裂缝的薄弱环节。在施工温度降低条件下,道床板侧边和顶面容易产生裂纹。为减少混凝土早期裂缝的开展,应选择在傍晚时分浇筑混凝土,适当延长拆模时间,气温较低时拆模至少为3 d后,浇筑温度较高时拆模至少为4 d后。

道床板结对轨道振动的影响

根据实测的加速度波形及其能量谱密度图 ,采用二自由度钢轨振动理论 ,定性地分析道床板结对钢轨振动的影响 :道床板结使钢轨垂直加速度振动总能量增加 ,对轨枕竖向振动的影响较钢轨的大 ;道床板结对道床垂直振动的影响不大 ,但使振动能量集中部分频率降低 ;道床板结使钢轨和轨枕的位移有所降低 。

合成纤维对无砟轨道道床板混凝土早期抗裂性能影响

为提高高速铁路无砟轨道道床板混凝土抗裂性能,采用塑性阶段砂浆抗拉强度、早期混凝土极限拉伸应变、约束条件下混凝土平板抗裂性能试验,研究了聚丙烯(PP)纤维、聚乙烯醇(PVA)纤维及其两种纤维的混杂纤维对道床板混凝土抗裂性能的影响.结果表明,掺加合成纤维可以显著提高砂浆的塑性抗拉强度以及早期混凝土极限拉伸应变,混杂纤维提高的幅度最大;纤维可延长混凝土初裂时间,减少混凝土开裂面积,掺加PVA纤维以及混杂纤维的混凝土未出现开裂,抗裂等级达到Ⅰ级.掺加合成纤维是提高无砟轨道道床板混凝土抗裂性能的有效途径.

双块式无砟轨道连续道床板裂纹修复材料性能分析

双块式无砟轨道在外界荷载作用下,连续道床板容易开裂形成裂纹,裂纹的产生会降低道床板的耐久性和承载能力,影响双块式无砟轨道在服役期间的使用与安全性。当连续道床板出现裂纹时,应该采取措施来维持双块无砟轨道的正常的使用和耐久度。基于有限单元法,建立含道床板贯通裂纹的双块式无砟轨道梁体模型,分析最不利荷载作用时所适合的修补材料,以期为双块式道床板裂缝维修提供一定的理论基础。研究表明:不同宽度裂纹对维修材料性能要求不同,随着裂纹宽度的增加,材料所受到的拉应力越小,越小宽度的裂缝对材料的延伸率要求越高。