温升作用下CRTSⅡ型板宽窄接缝受力及损伤分析

为研究宽窄接缝在温升作用下的受力和损伤,根据混凝土塑性损伤理论和内聚力理论,建立考虑新旧混凝土界面的宽窄接缝细部的有限元模型;计算不同温升条件下的宽窄接缝应力和损伤因子,并分析宽窄接缝强度和窄接缝宽度的影响.研究结果表明:窄接缝挤碎是一种渐变受压损伤,宽、窄接缝交界处断裂是一种脆性受拉损伤;与宽、窄接缝交界处断裂相比,窄接缝挤碎对结构受力影响更大;宽窄接缝尺寸不均匀导致宽、窄接缝交界处垂向受拉,这是宽窄接缝产生损伤的主要原因;提高宽窄接缝的混凝土强度可有效降低垂向拉应力和受拉损伤,但对纵向应力和受压损伤影响较小;为改善受力并降低损伤,建议宽窄接缝混凝土与轨道板等强,并且宽窄接缝上下等宽.

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。

自密实混凝土性能劣化对CRTS Ⅲ型板式轨道荷载效应的影响

充填层是CRTS Ⅲ型板式轨道的核心部件,由于板式轨道是典型的“三明治”结构,充填层易受环境的影响而出现性能劣化,从而对轨道结构不利。为探究充填层自密实混凝土性能劣化对板式轨道荷载效应的影响,采用ABAQUS软件并结合已有的充填层混凝土损伤研究结果,建立充填层整体损伤工况和更接近实际使用情况的充填层梯度损伤工况的轨道结构有限元模型,计算轨道结构在不同工况的列车荷载和温度荷载下,轨道板、充填层和底座板的应力与位移变化情况,分析充填层疲劳损伤对轨道结构整体性能的影响。结果表明,充填层混凝土的整体损伤将导致充填层刚度显著下降,在列车和温度荷载下,轨道板和充填层组成的复合板易出现各方向的位移,使轨道结构出现局部磨耗增加和轨道不平顺等现象;充填层受荷时各向应力均大幅减小,轨道板的总体应力上升且易出现应力集中,底座板应力相较于其上部结构受充填层性能变化的影响较小。充填层出现四周梯度损伤时,不同荷载作用下,从损伤区至未损伤区应力和位移表现为连续变化,未出现明显的应力集中和应力突变;不同荷载作用下,轨道结构出现损伤的区域应力明显下降,但未发生损伤的板中部区域应力上升,加速了板中部区域的动载疲劳效应,间接增加了轨道结构的疲劳损伤。

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。

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。

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。

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。

基于轨道结构高差特征值的CRTSⅡ型板离缝定量检测方法

高速铁路无砟轨道的离缝病害对行车安全至关重要,对此提出一种基于轨道板-支承层相对高差特征值的离缝定量检测方法。通过集成线结构光等传感器构建离缝检测原型系统设备,用于采集轨道轮廓线;将轨道轮廓线按轨道结构分成三段并基于RANSAC算法分别进行拟合,拟合直线相交两点间的距离以此作为轨道结构高差特征值;以轨枕位置为里程定位基准,对比同一区段内轨道结构高差特征值的多次检测结果,通过变化量精确计算离缝病害的长度和高度值。在此基础上进行线路试验,结果表明:检测系统多次重复测量结果的标准偏差系数稳定在2%以内;在95%的置信度下,重复测量偏差小于0.25 mm;将检测结果与铁路部门当期的病害库进行对比,离缝高度和长度检测结果的平均绝对误差分别为0.24 mm和0.34 m,均方对数误差值分别为0.011和0.017。

大跨度混合梁斜拉桥CRTSⅢ型无砟轨道快速施工关键技术

为提高大跨度铁路桥梁CRTSⅢ型无砟轨道的施工工效,以(30+46+300+97+62.395)m高低混凝土塔混合梁斜拉桥——湖杭铁路富春江特大桥主桥为背景,提出了一种工效更高的CRTSⅢ型无砟轨道快速施工方案。该方案综合考虑施工过程中温度、桥面荷载对桥面线形的影响,针对类似工程CRTSⅢ型无砟轨道施工过程中CPⅢ控制点需多次测定、线形控制方式对工期影响较大的局限性,采用在每个底座板放样断面的桥面两侧埋设测钉作为线形观测点,以测点与放样点间高差为控制指标进行放样;基于防撞墙等附属设施施工前、后的桥面线形实测数据对有限元计算模型进行刚度修正,结合CRTSⅢ型无砟轨道的构造特点,采用刚度修正后的有限元模型计算施工预拱度以控制桥面线形。富春江特大桥主桥采用该CRTSⅢ型无砟轨道快速施工方案实际节省工期20 d,在保证施工质量的基础上达到了提高工效、节省工期的效果。

路基冻胀-融化-沉降组合作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道的变形损伤

对于我国季节性冻土区高速铁路路基病害,只考虑单一冻胀作用对无砟轨道结构的影响存在一定缺陷。针对这一问题,本文建立CRTSⅢ型板式无砟轨道精细化分析模型,研究了路基冻胀-融化-沉降组合作用下无砟轨道结构的损伤机理和变形规律。结果表明:相较于单一冻胀作用,路基冻胀-融化-沉降组合作用能更加准确反映路基从冻胀到融化过程中轨道结构的变形和损伤;在冻胀-融化-沉降过程中,钢轨、轨道板、底座板三者垂向位移幅值均呈现先增大再减小而后反向增大的趋势;在路基融化回落至4 mm时,底座板和自密实混凝土以及下部路基表层的层间离缝位置均呈现从冻胀波峰两端到冻胀波峰中部的迁移;轨道板损伤只发生在路基冻胀阶段,底座板损伤发生在路基冻胀和融化阶段。

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型混凝土轨道板生产建场规划

CRTSⅢ型轨道板板场规划设计应根据工程总体工期安排、制板数量、铺板计划等因素,结合当地气候、地形地质条件、板场生产规模、制板周期和生产速度,综合对比生产、运输、防洪、环保等多方案后,确定合理的位置和方案。板场规划设计可分为总体规划设计和施工规划设计,总体规划包括生产效率确定、制板台座与存板数量确定、主要设备配置和平面布置等;施工规划设计主要进行辅助工程规划设计,包括电力、给水、排水、蒸汽及其他工程管线系统规划设计等。该施工规划根据具体项目的总体规划进行。

高速铁路先张CRTSⅢ型轨道板场规划设计研究

CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板,是目前我国使用的最先进的板式无砟轨道结构形式,具有完全自主知识产权。研究采用固定张拉台座法、工厂化预制生产的先张CRTSⅢ型轨道板场规划设计。该场占地规模小,布局规划合理,能满足轨道板生产需要,并且建设规模合理,与线路工程进度相匹配,投资造价较小。

CRTSⅢ型先张法预应力轨道板制造技术研究

我国工程科研技术人员通过引进、借鉴国外无砟轨道技术,技术再创新,不断优化设计及生产工艺,自主设计研发出CRTSⅢ型先张法预应力轨道板,从而使我国拥有了自主知识产权的无砟轨道技术。通过多条客运专线实际推广应用,不断进行工程经验总结,我国的轨道板生产目前已逐步建立系统化、标准化和现代化成套技术。基于此,本文将介绍CRTSⅢ型先张法预应力轨道板的发展应用,从原材料及生产工序系统性地阐述预制生产中的技术控制要点,为后续生产提供一定的经验参考。

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。

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。

CRTSⅢ型轨道板平整度检测方法对比分析

为确保CRTSⅢ型轨道板平整度符合标准,针对平整度检测方法展开进一步对比,深入剖析不同检测方法的优缺点及应用效果。通过文献综述法,详细介绍快速检测平台检测法、激光PSD检测仪快速检测法以及六工位测量机快速测定法,并将上述检测法进行对比展开研究。经过研究后发现上述方法在检测效率和精度方面存在差异,CRTSⅢ型轨道板平整度检测方法各有优缺点,适用范围也不同,需根据实际情况选择合适检测方法。

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。

横向地震作用下高速铁路CRTSⅢ型无砟轨道-桥梁系统震致轨道不平顺研究

为探究高速铁路轨道−桥梁系统震后轨道不平顺的产生机理,以桥面铺设CRTSⅢ型无砟轨道结构的高速铁路轨道−桥梁系统为对象,考虑钢轨、扣件、轨道板、自密实混凝土层、隔离层土工布、弹性橡胶垫、底座板等轨道结构部件,建立非线性动力仿真模型,分析轨道−桥梁系统在不同地震动强度下各关键构件的损伤规律及震致轨道残余位移分布规律,建立映射轨道不平顺计算模型,并将其与震致轨道不平顺有限元计算结果进行对比。研究结果表明:地震将引起显著的轨道不平顺,恶化钢轨的平顺程度,在设计地震和罕遇地震作用下,钢轨在梁缝处有明显折角,行车安全设计时应重点关注梁缝处的钢轨变形。钢轨的应力峰值出现在梁缝处,其应力大于钢轨的容许屈服应力。单元板式轨道结构的扣件极易在梁缝位置损坏,远离梁缝的扣件均处于健康状态。自密实混凝土与底座板不会相对滑动,二者的层间残余位移极小。在设计地震和罕遇地震下,固定支座以及滑动支座均产生显著的残余位移,而桥墩残余位移较小。隔离层以及桥墩的残余位移对于震致轨面几何形态变位的贡献可以忽略不计,震致轨道不平顺主要由扣件以及支座的残余变形引起。