列车荷载作用下CRTS Ⅲ型板式无砟轨道层间离缝水力特性研究

在雨水充沛或排水不畅地区,积水会造成无砟轨道层间离缝扩展显著加速。针对含层间离缝的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道的水力特性问题,建立列车荷载与水耦合作用下的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道-离缝积水双向瞬态流固耦合计算模型,揭示无砟轨道层间离缝内动水压力和水流速度的分布及其峰值的变化规律,并分析列车轴重、行车速度、离缝形态及积水深度对动水压力和水流速度的影响。研究结果表明:随着列车的趋近与远离,层间离缝内固定点处的动水压力与水流速度呈周期性的正负交替变化;动水压力沿着离缝出口方向逐渐减小,其峰值发生在离缝尖端处,而水流速度沿着离缝出口方向逐渐增大,其峰值发生在离缝出口处;动水压力与水流速度峰值随列车轴重增加而线性增大,轴重每增加1 t,动水压力和水流速度峰值分别增加2.850 kPa、0.085 m/s;动水压力峰值与车速呈二次方增大关系,而在车速小于300 km/h时水流速度峰值与车速基本上呈线性关系,超过该车速后流速增长趋势较之前更大;动水压力、水流速度峰值与离缝开口量呈反比关系;动水压力与水流速度峰值都随着离缝深度和离缝积水深度增加而显著增大,且两者都与离缝深度呈3次多项式增大关系,与离缝积水深度呈2次方增大关系。研究结果可为CRTS Ⅲ型板式无砟轨道在列车荷载与水耦合作用下的层间离缝扩展分析以及养护维修工作提供依据和参考。

高速铁路铺设CRTS Ⅲ型板式无砟轨道地段的路基冻胀限值

我国冻土地区高速铁路分布广泛,路基冻胀对高速铁路无砟轨道结构损伤影响较为突出,危害行车安全。但是目前尚未建立针对铺设CRTS Ⅲ型板式无砟轨道地段的路基冻胀控制限值。本文基于车辆-轨道耦合动力学理论和混凝土塑性损伤理论,考虑混凝土结构损伤和车轨相互作用,建立车辆-无砟轨道-冻胀路基静动力分析模型,分析路基冻胀对CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构的损伤和车辆动力性能指标的影响。综合静、动力控制指标,提出一种针对冻胀变形的分级控制限值;分别考虑轨道结构层间离缝和结构损伤、钢轨垂向动位移、乘车舒适性和行车安全性等多项控制指标,将路基冻胀限值划分为5个区域。研究结果表明:路基冻胀作用于轨道板中部时损伤和离缝量出现极值;结构损伤和车辆动力学响应均随波长减小和波峰增大而呈增大趋势,且均对波长的影响更为敏感。可以根据不同分区的冻胀限值保障车辆运营安全,为冻土区无砟轨道养护维修提供参考。

低温环境下桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土温度效应试验研究

为探明低温环境下CRTS Ⅱ型板式无砟轨道混凝土结构的温度效应,制作了1∶4无砟轨道-简支箱梁结构缩尺模型,通过开展低温环境下温度荷载试验,分析了轨道结构的温度分布、结构应力以及纵向位移时程变化规律。试验结果表明:CA砂浆层对温度的竖向传递具有阻滞效应,最不利温度结构出现于轨道板-CA砂浆层间界面,整体温度分布呈“锄形”;纵向方向中间应力值均大于两侧的应力值;轨道结构竖向位移及纵向位移与温度均呈现明显的线性关系;最后指出CRTS Ⅱ型板式无砟轨道低温适应性较差,严寒地区应尽量减少该结构类型的采用。

不同温度速率下桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道热力学性能研究

针对我国CRTSⅡ型板式无砟轨道的复杂温度荷载效应,重点研究不同温度速率变化对桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构热力学性能的影响。通过大型环境模拟试验箱,开展简支箱梁上5块CRTSⅡ型板式无砟轨道的1∶4几何缩尺模型的温度试验,对比分析3种环境温度变化速率下无砟轨道内的温度和应力分布特征;建立两端自由和两端约束条件下缩尺模型的热传导数值模型,验证了该数值模型的有效性,分析了两种约束条件下无砟轨道-箱梁结构的三维温度场、应力场和位移的变化规律。结果表明,随着温度变化速率下降,无砟轨道-箱梁结构的竖向位移和温度变化幅值在增大,但竖向多层的温度和位移数值在下降;结构的应力、轨道板轴力也不断增大,特别是温度变化速率从0.67℃/min下降到0.44℃/min时。此外,两端自由的纵向应力和竖向位移均比两端约束的小,但其温度要大于两端约束的,约束边界条件会加速轨道内热传递过程。

CRTSⅡ型板式无砟轨道结构层间界面损伤演化研究

为更准确模拟CRTSⅡ型轨道板与CA砂浆层间界面损伤行为,基于简化指数型内聚力模型表征界面非线性拉力-位移关系,推导混合模式下指数型内聚力模型表达式,并通过相关试验数据验证模型的正确性。基于提出的混合模式指数型内聚力模型,建立考虑层间和板间损伤的CRTSⅡ型板式无砟轨道有限元模型。考虑窄接缝完全损伤病害,分析层间离缝长度、整体温升和正温度梯度对CRTSⅡ型板式无砟轨道结构上拱变形、接缝应力和界面损伤的影响规律。研究结果表明:提出的混合模式指数型内聚力模型可以准确模拟界面Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅰ+Ⅱ混合型断裂行为;窄接缝完全损伤后,在正温度作用下轨道板间接缝处的上拱变形最大,且界面损伤以接缝为中心向两边扩展并逐渐减小;接缝压应力随整体温升和正温度梯度的增加线性增大;当离缝长度为10个扣件间距,在整体温升40℃作用下界面会产生开裂;考虑夏季高温天气,为防止轨道板上拱变形过大,层间离缝长度应控制在5个扣件间距以内。

CRTSⅢ型板式无砟轨道振动特性和减振效果研究

为研究CRTSⅢ型板式无砟轨道的振动特性和减振效果,基于多体动力学和有限元理论,建立车辆-无砟轨道耦合动力学模型,分析了不同减振垫层面刚度下轨道结构动力响应并且对其减振性能进行研究。结果表明:减振垫层在轨道结构层间有一定的隔振作用,底座板加速度和底座板位移随减振垫层面刚度的增大而增大,钢轨位移、轨道板位移和轨道板加速度随减振垫层面刚度的增大而减小;钢轨振动加速度级随减振垫层面刚度变化较小,轨道板振动加速度级随减振垫层面刚度的增大而减小,且在10 Hz以上频段减小趋势更明显,底座板振动加速度级随着减振垫层面刚度的增加显著增加;轨道结构的振动加速度级自上而下衰减,钢轨至轨道板的传递损失与轨道板至底座板的传递损失呈现此消彼长的趋势;减振垫面刚度越小,板式无砟轨道的减振效果越好,减振CRTSⅢ型板式无砟轨道在25~200 Hz频段的减振效果较好,最大减振量发生在63 Hz,在25 Hz以下频段的减振效果一般。

温升作用下ECC 修复CRTSⅡ型板式无砟轨道 宽窄接缝的损伤机理

为了探究采用超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)修复宽窄接缝时,纵连板式无砟轨道宽窄接缝在整体温升荷载下的损伤演化规律,建立含层间内聚力和ECC宽窄接缝拉压非线性本构模型的CRTSⅡ型板式无砟轨道三维数值模型,分析宽窄接缝采用ECC和C55混凝土时轨道板与宽窄接缝层间损伤、宽窄接缝损伤的差异,研究不同ECC材料参数下宽窄接缝的损伤机理,提出了合适的ECC力学性能指标。结果表明:在50℃温升荷载作用下,相比于C55混凝土,常规ECC可使宽窄接缝总刚度损伤降低51%,受拉损伤因子降低88%,垂向位移减小34%;提高ECC抗拉和抗压强度均可以有效减小受压、受拉损伤因子及接缝纵向位移,ECC抗拉强度由3 MPa提高至5 MPa时,受压、受拉损伤因子降幅分别约45%、50%,ECC抗压强度由30 MPa提高至60 MPa时,受压、受拉损伤因子降幅分别约51%、44%。建议采用ECC修复宽窄接缝损伤时,ECC抗拉强度取5 MPa,抗压强度取50~60 MPa。

大温差地区CRTSⅠ型板式无砟轨道层间动态受力特征

大温差地区单元式轨道板受日照影响会产生较大温度梯度,导致轨道板翘曲变形,诱发轨面不平顺,增加高速列车轮轨冲击响应,加速轨道结构损伤。针对这一问题,采用有限元方法,首先建立考虑层间关系的无砟轨道静力分析模型,对大温度梯度下轨道板翘曲变形及轨面周期性不平顺进行分析;然后,建立车辆-轨道系统动力学模型,模拟分析温度梯度作用下无砟轨道层间动态受力特征,研究高速行车条件下无砟轨道真实服役状态。结果表明:温度梯度作用下,轨道板呈椭球形变形趋势,正温度梯度时轨道板中部向上鼓起、4角支承,负温度梯度时轨道板4角翘起、板中支承;温度梯度会导致轨道板与CA砂浆间产生不同程度离缝,板下接触面积减小,高速行车时层间接触面积逐渐增加,但离缝不会完全闭合;负温度梯度对轨道结构振动和砂浆层受力影响较小,正温度梯度影响较大,温度梯度为90℃·m^(-1)时,轨道板振动加速度增大10倍左右,轨道板与CA砂浆层间压力最大值增加6.6倍,板角处CA砂浆应力较无温度梯度下钢轨正下方CA砂浆应力增加5.4倍,正温度梯度下轨道板侧边及4角位置处CA砂浆受力加剧效应显著,是导致该区域CA砂浆出现结构性破坏的主要原因。

层间离缝下车辆-CRTSⅡ型板式无砟轨道耦合系统动力特性研究

随着CRTSⅡ型板式无砟轨道结构服役时间的延长,层间离缝发生发展对轨道结构和行车安全的影响成为迫切需要解决的问题之一.为厘清不同程度的层间离缝对车辆-无砟轨道系统动力特性的影响程度,建立了考虑层间离缝的车辆-CRTSⅡ型轨道板的耦合动力学模型,用ABAQUS和Simpack联合仿真,研究了不同尺寸的单一离缝以及多离缝不同位置组合对车辆及轨道结构动力响应的影响.结果表明,单一离缝横向深度和纵向长度分别在522 mm、1.275 m及以上时,离缝发展明显加快;多离缝的不同位置组合中板端与板边组合为最不利情况.研究结论为高速铁路轨道结构运维提供参考价值.

CRTSⅢ型板式无砟轨道结构底座混凝土优化及开裂性能研究

对于CRTSⅢ型板式无砟轨道结构底座混凝土的优化及开裂性能,文章通过进行工作性能、力学性能、体积稳定性能试验分析,得出不同的坍落度对混凝土的抗压强度、塑性收缩及干燥收缩的影响几乎可以忽略不计,但在施工时,坍落度影响底座混凝土的泌水层,因此应尽可能降低混凝土的坍落度;增加TK-ac型减缩抗裂剂会增加混凝土塑性收缩变形,降低干燥收缩变形,因此,在添加TK-ac型减缩抗裂剂后,要做好早期保湿养护工作,减少胶凝材料用量及用水量,以降低混凝土的早期塑性收缩,提高混凝土的抗裂性能。

潍烟高铁CRTSⅢ型板式无砟轨道工艺性试验研究

随着我国自主知识产权的CRTSⅢ型板式无砟轨道应用越来越成熟,对CRTSⅢ型板式无砟轨道施工技术的研究也越来越重要。通过工艺性揭板试验,形成满足现场条件的施工配合比和工艺流程,总结施工时常见缺陷的控制方法,以确保大规模轨道板施工时自密实混凝土灌注质量满足设计要求。结合潍烟高铁CRTSⅢ型板式无砟轨道工艺性揭板试验施工实践,阐述了自密实混凝土灌注揭板试验工作流程,提出了自密实混凝土施工注意事项和常见缺陷质量控制要点。

CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土施工技术分析

随着高速铁路建设的不断推进,对轨道结构的性能要求也越来越高。CRTSⅢ型板式无砟轨道作为一种新型的轨道结构形式,以其优良的平稳性、耐久性和运营安全性受到了广泛关注。自密实混凝土作为CRTSⅢ型板式无砟轨道的关键材料,其施工技术的优劣直接影响到轨道的整体性能和运营安全。自密实混凝土是一种具有免捣固、自密实、不离析等特性的高性能混凝土,其在CRTSⅢ型板式无砟轨道中的应用,能够显著提高轨道的施工质量和效率。深入研究CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土施工技术,对于提升高速铁路的建设水平具有重要意义。基于此,本文章对CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土施工技术进行探讨,以供相关从业人员参考。

CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土恒压灌注施工探讨

自密实混凝土作为填充层,在CRTSⅢ型板式无砟轨道中起到承上启下的作用,其施工效果也直接决定着无砟轨道施工质量及工效。以某铁路客运专线为例,对CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土恒压灌注施工要点展开分析,根据试验段施工效果,从轨道板腔润湿、自密实混凝土搅拌及运输等方面提出工艺优化思路。

CRTSⅡ型板式无砟轨道层间摩擦参数及性能影响研究

针对CRTSⅡ型板式无砟轨道离缝后的层间相互作用关系,开展现场运营线及室内推板试验,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道的力学特性分析模型,研究离缝条件下不同层间摩擦参数对轨道结构力学性能的影响。研究结果表明:实际运营状态下的轨道板随着顶推力不断增大,轨道板与砂浆层逐渐脱粘,完全脱粘后发生滑移,轨道板失稳发生水平位移的推力在160~200 kN之间,轨道板发生稳定滑移的水平推力在210~250 kN之间,对应摩擦系数为2.5~3.1;室内试验轨道板与砂浆层之间在无粘结力的最不利状态下,轨道板发生稳定滑移的水平推力在55~56 kN之间,对应摩擦系数为0.79~0.80;随着层间摩擦系数增加,会一定改善轨道结构受力变形,但影响程度有限,摩擦系数由0.7增加至3.1时,宽窄接缝受力最大减小6.6%,钢轨和轨道板最大上拱位移分别减小了4.19%和5.7%;对于已经出现离缝的CRTSⅡ型板式无砟轨道,层间摩擦状态影响较小,应提前预防和避免层间离缝病害的产生,保证层间粘结完好。

CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土施工技术

板式无砟轨道具有架设便捷、使用寿命长等优点,广泛应用于城市轨道交通建设。本文以CRTSⅢ型板式无砟轨道为例,解析其自密实混凝土施工技术。通过对模板安装、搅拌和运输、灌注、养护等技术环节的细致阐述,以及对原材料选用、配合比设计、过程质量控制等方面的详细分析,全面介绍了CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土的施工流程和质量控制要点,旨在为类似工程的施工提供借鉴和指导。

CRTS Ⅲ型板式无砟轨道板自动脱模机优化

脱模机是高铁轨道板生产工艺流程中的重要设备,脱模机是否可靠关系整条生产线的系统性以及轨道板的生产质量。基于此,对CRTSⅢ型高铁轨道板的脱模工艺展开研究,针对现有的脱模机构提出了一种新型的CRTSⅢ型轨道板脱模机,采用Solidworks对结构方案进行建模,并对脱模机构的主要零部件进行了有限元分析,确定了装备的整体结构方案,并对脱模机锥桶脱落装置的气缸内径及气缸耗气量进行计算,保证了装备具有良好的工作性能,解决了工程应用中轨道板抓取时存在晃动的问题。

不同气象因素下CRTSⅢ型板式无砟轨道结构热力学响应

CRTSⅢ板式无砟轨道是我国自主研发的一种竖向多层轨道结构,其热力学响应容易受到气象多因素的影响,本文建立了桥上CRTSⅢ板式无砟轨道有限元模型并进行了模型验证,然后分析了不同气象因素(环境温度、太阳辐射、风速)对无砟轨道结构热力学性能的影响规律。结果表明:该三维有限元模型可以较好反映无砟轨道热力学性能,三种气象因素中,太阳辐射是影响结构热力学响应的最重要因素,导致轨道内多层结构较大的温度、应力、位移变化,其次是环境温度作用,风速作用影响最小,特别是轨道板的热力学响应变化幅值明显大于自密实混凝土层与底座板。研究结果有助于揭示CRTSⅢ板式无砟轨道的温度荷载效应,为无砟轨道的长期结构性能评估与养维提供重要的意义。

高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道结构动力特性分析

为了分析京沪高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的动力响应,通过建立无砟轨道结构-下部基础结构动力有限元分析模型,得到了结构前10阶模态和不同列车速度下无砟轨道结构的动力特性.分析结果表明:桥梁上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的自振频率都比规范的限值大,说明桥梁有足够的刚度保证列车行驶的安全性和舒适性;桥梁上板式无砟轨道结构的前10阶振型中大部分振型表现为横向扭转,桥梁结构横向刚度相对较小,在实际的高速铁路桥梁结构中应注意桥梁的横向稳定性;无砟轨道结构各个构件的竖向位移、竖向加速度、板底水平拉应力及CA砂浆层竖向压应力均随列车速度的增大而逐渐增大;线下基础结构顶面竖向压应力存在转折变化点.

桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构的温度荷载特征试验研究

在我国华东地区一桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道线路上建立温度场自动监测系统,对环境温度、轨道板温度(横向及竖向)、底座板温度(横向及竖向)等进行测试。对实测数据进行统计,分析对混凝土结构使用性能有显著影响的因素,获得环境温度与板温间的关系、无砟轨道结构竖向和横向温度场(整体温度和温度梯度)特征。基于测试分析结果讨论了现有规范中CRTSⅡ型板式无砟轨道温度荷载取值的合理性及轨道板温度荷载取值原则,为完善我国高速铁路无砟轨道技术体系提供支撑。

列车竖向荷载下CRTSⅡ型板式无砟轨道结构受力特性试验研究

采用1∶1足尺模型对列车竖向静荷载作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道结构受力特性进行试验,并对CRTSⅡ型板式无砟轨道梁板和梁体理论分析模型进行验证。按实际工艺在实验室内建造一段CRTSⅡ型板式无砟轨道,通过试验机和分配梁模拟同一转向架2个轮对的竖向荷载,利用应变片、应变计、压力盒和位移计等测试元件,对钢轨、轨道板、水泥乳化沥青砂浆和底座的受力与变形进行测试。根据无砟轨道梁板和梁体理论,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道结构有限元分析模型,对轨道结构在相同荷载工况下的受力与变形进行理论分析。将试验结果与计算结果进行对比,验证CRTSⅡ型板式无砟轨道梁板和梁体理论模型的正确性和适应性。