高速铁路长大桥梁CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路力学特性分析

在桥上铺设CRTSⅠ型板式无砟轨道后,梁轨相互作用机理、计算模型及设计参数与传统的有砟轨道明显不同。特别是在大跨度连续梁上采用CRTSⅠ型板式无砟轨道结构之后,其梁轨相互作用机理更加复杂。针对既有研究的不足,本文基于有限元方法建立纵横垂向空间耦合模型,对树酯填充层弹性模量、砂浆充填层弹性模量和扣件纵向阻力等设计因素的影响规律进行了计算与分析,对高速铁路长大桥梁CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路的设计参数的选择提出了建议。

严寒地区CRTSⅠ型板式无砟轨道温度场及变形研究

通过对哈大线TJ-Ⅱ标和TJ-Ⅲ标路基段及桥梁段CRTSⅠ型板式无砟轨道温度梯度及变形的观测,获得严寒地区CRTSⅠ型板式无砟轨道温度场。通过对该区段轨道板翘曲变形的调研发现砂浆充填层灌注质量的关键在于时机选择,圆曲线地段曲线外侧灌注质量尤为重要。采用有限元方法建立CRTSⅠ型板式无砟轨道模型,通过改变板厚及温差条件,对比分析了轨道板的翘曲规律。分析结果表明:随着温差的增大,翘曲值呈线性增大;相同温差作用下,轨道板厚度越大,翘曲值的增长速率越大。

CRTSⅠ型板式无砟轨道梁端凸形挡台纵向力分析

针对近几年大跨桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道梁端半圆凸形挡台的剪切破坏现象,参考国内某连续刚构桥实际参数,根据桥梁梁端半圆形凸形挡台的配筋计算出凸形挡台的设计承载力,基于有限元方法,建立线-板-桥-墩一体化计算模型,计算分析在不同扣件阻力,桥梁温度跨度和桥墩线刚度等因素下的梁端半圆形凸形挡台受力。结果表明:扣件纵向阻力是梁端凸台剪切破坏的主要影响因素,随着扣件纵向阻力的增大,梁端半圆形凸形挡台所受纵向力也随之增大,当扣件纵向阻力达到17.0k N/m/轨时,凸形挡台所受纵向力将会超过凸形挡台的抗剪承载力,即发生破坏;桥梁温度跨度、桥墩线刚度、有无起制动力对梁端半圆形凸台所受纵向力影响很小。

CRTSⅠ型板式无砟轨道路基沉降快速维修技术

根据CRTSⅠ型板式无砟轨道结构为单元板的特点,提出CRTSⅠ型板式无砟轨道路基沉降快速维修技术。通过抬升轨道板并增加填充层厚度的方式,在不破坏轨道结构的条件下对CRTSⅠ型板式无砟轨道路基沉降实现天窗内快速维修。通过采用乙烯基树脂和发泡橡胶材料克服了抬板后快速充填和密封两大技术难点,并制定了完善的施工工艺。本文所介绍的维修技术2013年在某线路沉降区得到实际应用,轨道结构抬升精确,效果良好。

客货共线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道疲劳寿命预测

针对客货共线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道的疲劳寿命问题,采用有限元软件,通过应力等效原理及列车运行速度确定了室内混凝土疲劳试验的加载值和加载频率;在各组合工况下对混凝土试件进行重复加载,分析了抗折强度和动弹性模量的关系,确定采用动弹性模量衰减幅值来评价混凝土疲劳寿命;将试验结果拟合为混凝土损伤曲线,并基于Palmgren-Miner疲劳累积伤损准则得到不同荷载作用下轨道板疲劳寿命预测值。结果表明:混凝土动弹性模量和抗折强度之间存在良好的相关性;荷载频率越低或应力水平越高,混凝土损伤发展速度越快;忽略其他荷载耦合作用时,客车荷载作用下轨道板的疲劳寿命约为货车荷载作用下的2倍,而客、货车荷载交替作用下无砟轨道的疲劳寿命则介于上述2种荷载作用之间。

基于动刚度的CRTSⅠ型板式无砟轨道CA砂浆层病害评估方法

以CRTSⅠ型板式无砟轨道结构CA砂浆层为研究对象,采用冲击荷载作用下轨道板的动刚度变化指数作为评估指标,进行CA砂浆层粉化和局部脱空病害评估研究。提出CA砂浆层病害分步评估方法,首先利用轨道板上少量测点初步定位病害,然后通过在初步定位病害区域密布测点对病害进行精细化评估。运用数值模拟方法分析CA砂浆层病害位置和程度对动刚度变化指数的影响规律,确定对应关系,据此提出用于CA砂浆层病害状态评估的建议准则,即将CA砂浆层病害状态分为AA,A1,B和C共4级,对应的动刚度变化指数分别为≥0.5,[0.2,0.5),[0.1,0.2)和<0.1。对1个实际轨道结构进行现场试验,并应用所提方法和准则对CA砂浆层的病害进行评估,评估结果和实际病害状况一致,证明所提方法的可靠性。

哈大客专CRTSⅠ型板式无砟轨道板模具工装振动时效工艺

着重介绍了利用振动时效工艺技术对哈大客专CRTSⅠ型板式无砟轨道板模具工装进行处理,消除和均化其内部焊接残余应力,使得工装在后期机械加工乃至使用过程中防止变形和开裂,保证工装尺寸精度的稳定性技术。

CRTSⅠ型板式无砟轨道先导段施工控制要点分析

针对CRTSⅠ型板式无砟轨道先导段施工,系统总结底座与凸台施工、轨道板铺设、砂浆灌注和凸台树脂施工4个方面的控制要点。结果表明,通过换手复测、控制放样精度、模板定位准确牢固且拼装不漏浆等关键环节,可提高底座凸台混凝土施工精度;通过橡胶垫片/圈保护、方木条引导、精调爪同步受力等措施,可提高轨道板铺设时成品质量;用百分表监控轨道板上浮量确定CA砂浆灌注终点、在进浆口处增加压板装置等措施,可有效减少CA砂浆施工对精调轨道板状态的扰动影响;通过调节外加用水量,控制CA砂浆流动度在上限附近,可减少轨道板四角离缝和曲线段高侧离缝。

CRTSⅠ型板式无砟轨道砂浆层缝隙灌浆材料的研制

根据我国高铁维修天窗要求,结合CRTSⅠ型板式无砟轨道砂浆层力学性能特点,以环氧树脂改性甲基丙烯酸甲酯为原料,开展砂浆层缝隙修复灌浆材料研究。采用甲基丙烯酸丁酯稀释,利用填料克服甲基丙烯酸酯类材料的体积收缩问题,制备能够满足CRTSⅠ型板式无砟轨道砂浆层缝隙修复的灌浆材料。结果表明:在5~35℃温度范围内,灌浆材料的黏度、粘接强度、抗压强度和弹性模量等力学数据稳定,黏度小于100mPa·s,粘接强度大于3.0MPa,弹性模量在100~300MPa之间。灌浆材料现场应用发现砂浆层病害问题得到解决,轨道结构数据明显改善。

沪宁城际铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道的铺设

以沪宁城际铁路某标段CRTSⅠ型板式无砟轨道的铺设为工程背景,介绍CRTSⅠ型板式无砟轨道铺设工作中CPIII控制网测设、钢筋混凝土底座与凸型挡台的施工、轨道板铺装和凸台树脂灌注袋铺设等主要工序的施工工艺。

CRTSⅠ型板式无砟轨道凸形挡台树脂离缝成因分析

针对目前在桥梁地段CRTSⅠ型板式无砟轨道凸台周围树脂离缝,建立CRTSⅠ型板式轨道力学模型,采用可压缩超弹单元模拟树脂层,分析不同扣件阻力、轨道板与CA砂浆间的摩擦阻力条件下的填充树脂层受力。结果表明:在纵向荷载作用下,一旦树脂层发生塑性变形,随着荷载消失和温度下降,树脂层将无法完全回弹,因而产生离缝,并在梁端转角和列车振动荷载作用下进一步发展;在扣件纵向阻力较大时,树脂层会从轨道板下表面与树脂层相接触的位置剪切破坏;轨道板与CA砂浆层之间的摩擦阻力对树脂层的压缩位移和剪切应力的影响不大。

客运专线CRTSⅠ型板式无砟轨道施工工艺研究

结合武广客运专线武汉综合试验段CRTSⅠ型板式无砟轨道施工工艺试验研究,系统总结了CRTSⅠ型板式无砟轨道施工工艺,主要包括施工前准备、混凝土底座及凸形挡台施工、基准器测设安装、轨道板的运输、装卸及临时存放、轨道板初铺定位、轨道板精调、乳化沥青砂浆的制备和灌注、凸形挡台树脂灌注等施工中的设备、施工方法和验收标准。施工实践证明,高质量地完成CA砂浆调整层的施工才能保证轨道的整体性、稳定性和耐久性。

CRTSⅠ型板式无砟轨道CA砂浆疲劳寿命分析

根据CRTSⅠ型板式无砟轨道的结构特征与受力特征,将钢轨假设为点支撑梁,扣件和基础的弹性假设为弹簧,轨道板、CA砂浆和底座板分别假设为实体,建立CRTSⅠ型板式无砟轨道的有限元模型,以Palmgren-Miner线性疲劳累计损伤准则为基础,采用全寿命分析方法对CA砂浆在不同列车荷载作用下的疲劳寿命进行分析,得到CA砂浆层的疲劳寿命分布和危险点的寿命值。

胶垫老化对CRTSⅠ型板式无砟轨道结构动力特性的影响

胶垫是轨道结构中的重要部件,起着缓冲轨道结构剧烈振动并保护轨下结构的重要作用。现场调研发现,随着轨下胶垫的老化,其减振与弹性性能逐渐降低。为得出运营状态轨下胶垫老化前后刚度的变化规律,本文选取现场老化胶垫进行室内常温状况下的静刚度测试,并基于其试验结果,利用有限元软件ABAQUS建立有限元动力学模型,对比分析胶垫老化对轨道结构动力特性的影响。试验得到2组实际运营地段无砟轨道老化胶垫平均刚度分别为144,79 k N/mm,均大于新胶垫刚度40 k N/mm。理论计算结果表明:当胶垫刚度分别为40,79,144 k N/mm时,钢轨垂向位移最大值分别为0.95,0.74,0.63 mm,而扣件垂向力最大值分别为32.1,39.2 k N。

CRTSⅠ型板式无砟轨道抬板维修力学行为分析

路基下沉地段采用抬板注浆工艺抢修后,CRTSⅠ型板式无砟轨道的凸台受力将发生变化,因此建立有限元模型对凸台加高后CRTSⅠ型板式无砟轨道的主要部件受力情况进行了对比分析。结果表明：轨道板抬高高度在10 cm以下时,可不对凸台和树脂进行加高处理;轨道板抬高10~15 cm时,需加高凸台和树脂5~10 cm;凸台及树脂加高高度不能超过10 cm。

严寒地区CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆施工技术

严寒地区CRTSⅠ型板式无砟轨道结构所使用的水泥乳化沥青砂浆增加了聚丙烯纤维和聚合物乳液,组成材料复杂,其对环境温度敏感性强、操作工艺复杂、质量要求高、施工难度大。针对严寒地区的特殊情况,在线外工艺性试验中总结出了施工工艺、方法,经上道施工得到了较好的验证,并进一步探索、优化施工工艺及方法,确保了施工质量,为今后同类工程施工提供可靠的参考资料。

严寒地区CRTSⅠ型板式无砟轨道底座板混凝土粉化的影响

哈大高速铁路部分线路上出现了无砟轨道现浇底座板混凝土粉化、强度等级降低的问题。本文建立底座板混凝土粉化分析模型,对无砟轨道整体受力及底座自身受力进行分析。结果表明:底座板混凝土强度等级降低对桥梁段及路基段轨道板受力与变形的影响较小,基本在5%以内;但对底座板自身受力影响较大,在降温荷载以及列车荷载作用下,桥梁段底座板裂纹宽度尚在限值以内,路基段底座板混凝土强度等级低于C20时,底座板裂纹宽度超限。建议对底座板粉化严重区域及时采取加强措施遏止底座板继续劣化。

基于CRTSⅠ型板式无砟轨道温度变形的桥隧过渡段车线动力性能分析

以CRTSⅠ型板式无砟轨道桥隧过渡段为研究对象,对桥梁、板式无砟轨道施加节点温度荷载进行温度场模拟,分析其在整体温度升降和温度梯度共同作用下的温度变形。分别选取我国2条典型高速铁路实测轨道不平顺为随机不平顺,桥梁和轨道板因温度变形而产生的钢轨竖向变形作为附加轨道不平顺,评价列车以不同速度经过桥隧过渡段的车线动力性能。研究表明:当考虑桥梁活动支座存在一定程度的摩擦时,在正温差作用下,桥梁会发生上拱,轨道板会发生板中翘曲;负温差作用下,桥梁会发生下挠,而轨道板会发生四角上翘;在翘曲变形路段,列车动力学指标都有所增大,且随着车速的提高而增大,导致行车安全性和乘坐舒适性相应降低。

严寒地区CRTSⅠ型板式无砟轨道养护维修技术研究

在简要介绍严寒地区CRTSⅠ板式无砟轨道的结构组成的基础上,分析了无砟轨道的结构主要伤损形式及维修内容,指出轨道板、水泥乳化沥青砂浆层等无砟道床的裂缝是板式无砟轨道主要伤损形式。在CRTSⅠ型板式无砟轨道维修中重点说明了轨道板伤损修复、砂浆调整层伤损修复和混凝土底座伤损修复的方法。

CRTSⅠ型板式无砟轨道路基沉降抬板维修技术研究

由于地质条件、建设施工等原因,部分高速铁路路基出现不同程度的沉降,影响行车的平顺性。介绍高速铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道路基沉降抬板维修方案的若干技术问题,提出抬板高度及抬板填充材料刚度的合理取值。CRTSⅠ型板式无砟轨道路基沉降可通过扣件调整和抬升轨道板增加充填层厚度等方式进行整治维修。为保证抬升轨道板后凸型挡台受力,建议圆形凸台地段抬板高度最大不超过45 mm,半圆形凸台地段不应进行抬板。轨道板抬升采用的填充材料刚度宜与原CA砂浆层保持一致。