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。

CRTSⅡ型无砟轨道板精调系统设计与实现

在消化、吸收国内外无砟轨道板定位测量技术的基础上,研制了基于轨道基准网的CRTSⅡ型无砟轨道板精调系统,系统包含硬件装置、精调软件及技术流程。设计加工了以轨道板大钳口斜面为参考的精密标架,以轨道基准网为定位基准,采用测量机器人进行自动化观测数据采集。采用蓝牙、数传电台、有线多种通信方式相结合实现标架系统、测量机器人系统及测量控制终端之间的数据通讯。研制了一套适合CRTSⅡ型无砟轨道板精调软件,实现轨道板实时调整计算。文章介绍了CRTSⅡ型无砟轨道板精调系统的设计与实现过程,重点对系统的设计思想、总体结构、关键技术和主要特点进行阐述。

CRTSⅡ型板式轨道铺设自动精调系统及设备研究

CRTSⅡ型轨道板精调精度是决定Ⅱ型板式无砟轨道最终精度的重要保证,也是制约Ⅱ型板式轨道施工效率的重要环节。论文介绍了Ⅱ型轨道板精调作业流程,提出了全自动精调系统设计思路,利用原有测量系统,将其测量结果传递到控制系统,由控制系统驱动六轴并联机构实现原来6个精调爪的作业程序,并将轨道板在空中实现各点坐标的调整。通过样机研发和试验,验证了调整精度,施工效率可达到100块/d,比原来人工调整提高一倍以上。

CRTSⅡ型轨道板制板中张拉横梁和油缸的定位调整测量系统

结合CRTSⅡ型轨道板的制造,自主研发了CRTSⅡ型轨道板制板检测系统中的张拉横梁和油缸定位调整测量系统,从张拉横梁和油缸的布置、精确安装等方面入手,论述了张拉横梁和油缸定位调整测量系统的操作过程和解决的问题。

严寒地区CRTSⅡ型无砟轨道板温度特性研究

研究目的:应用数值模拟分析方法,针对在严寒地区,夏、冬两季典型天气条件下,由于气温、太阳辐射、空气对流等显著变化引起的高速铁路CRTSⅡ型无砟轨道板的瞬态温度场、温度应力及由其导致的板端翘曲、结构层间离缝、道床开裂等温度作用病害,对其形成机理进行研究。研究结论:(1)在夏季典型高温天气条件下,午后14时轨道板的表面温度最高可达42℃,温度梯度可达65℃/m,温度压应力可达10 MPa;(2)在冬季典型寒冷天气条件下,凌晨6时轨道板表面温度最低可达-39℃,温度梯度可达40℃/m,与夏季温度梯度方向相反,温度拉应力达到10 MPa;(3)本研究阐明了严寒地区冬、夏两季极端天气条件下CRTSⅡ型轨道板的温度特性作用机理,可为此种轨道板在严寒地区高速铁路中的应用提供参考。

高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道路桥过渡段振动特性测试分析

结合京沪高铁先导段综合试验,针对端刺结构两端与相邻路桥结构连接的关键部位,开展了CRTSⅡ型板式无砟轨道路桥过渡段振动特性测试,分析了振动响应沿线路纵垂向的空间变化特征及与行车速度的关系。试验表明:①沿线路纵向的振动响应最大值出现在过渡板端与路基支承层交接处,并呈现出前者支承刚度小于后者的现象,反映出端刺结构的过渡板设置未能较好地实现刚度由高至低的逐渐过渡;②垂向多层的线路结构振动响应沿深度呈递减趋势,结构各层位水平向不连续引起的振动响应表现出与轮轨作用处距离成反比的关系,轨道板端经纵联后的振动特性有显著改善;③随车速的提高,振动位移表现出线性增加、振动速度与振动加速度呈现出非线性加速增大的规律。

CRTS Ⅱ型板式无砟轨道CA砂浆抗冻性研究

研究了高速铁路CRTSⅡ型无砟轨道CA砂浆在绝湿条件下养护28 d后的含水情况、水饱和度及其在绝湿和表面浸水条件下的抗冻性能.结果表明:绝湿条件下养护28 d的CA砂浆水饱和度约为86.1%(质量分数,下同);在表面浸水条件下进行冻融循环时,CA砂浆可能发生表面剥落破坏,其单位面积剥落量随冻融循环次数增加而持续增大,但冻融循环次数达188次时,其单位面积剥落量仍远低于规范要求;在绝湿状态下进行冻融循环时CA砂浆表面不会发生剥落破坏.由于CA砂浆中的沥青为憎水性材料,干燥CA砂浆再次吸水的速度很慢,浸水19 d后,其水饱和度仅为50.5%.实际工程并非绝湿状态,其水饱和度远低于临界水饱和度,因水结冰而导致CA砂浆发生冻融循环破环的可能性很小.

极端温度作用下桥上CRTSⅡ型无砟轨道受力特性

为研究极端温度作用下高速铁路简支梁桥与CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道相互作用,以5~32m简支梁为例,建立考虑钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板、滑动层、摩擦板、端刺,以及梁体、墩台等构件的桥上CRTSⅡ型无砟轨道系统精细化仿真模型,研究高温和严寒等极端温度条件下系统的受力与变形特征,探讨不同轨道伸缩刚度、滑动层摩擦因数和砂浆黏结力对系统受力与变形的影响。研究结果表明:在高温条件下,轨道板代替钢轨承受了更多伸缩力,轨道板轴向力最大值出现在主端刺处,易导致上拱破坏;正温度梯度作用下,轨道板上、下表面最大纵向应力差达10.1MPa,将引起翘曲变形导致端部砂浆层脱黏;在极寒条件下,轨道板最大纵向拉力出现在右端刺处,最大值达3.9 MPa,轨道板易发生断裂;底座板初始裂缝对轨道板及底座板的受力分布与变形产生不利影响;滑动层可有效减小梁轨之间的相互作用,适当增大砂浆黏结力有利于减小轨道板-底座板离缝和砂浆脱黏等病害的发生几率。

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。

CRTSⅡ型板式轨道台后锚固结构研究

CRTSⅡ型板式轨道采用摩擦板+主端刺形式的台后锚固结构。本文分析该锚固结构作用机理,指出摩擦板与底座板间摩擦力和土体阻力是保持锚固结构稳定的主要因素,提出锚固结构的两种失稳形式。在此基础上,提出台后锚固结构抗力计算方法,给出土体一般状态、极限抗剪状态和黏聚力丧失状态下土体阻力计算公式。应用提出的计算方法,分析倒T型主端刺锚固结构稳定性,指出底座板弹性模量折减存在的问题。开展现场试验,验证常用倒T型主端刺锚固结构在设计荷载下的安全稳定性,同时指出设计优化方向及填料存在的问题。

施工过程中温度变化对CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板的影响分析

针对CRTSⅡ型板式无砟轨道施工期间连续底座板张拉过程中底座板存在变化的温度,基于有限元方法及钢筋混凝土粘结滑移理论,建立底座板混凝土-钢筋-桥梁纵向相互作用计算模型,计算分析当施工温度为5℃时,底座板钢筋和混凝土应力随温度变化和张拉过程中的变化规律。结果表明:底座板混凝土和钢筋拉力与混凝土段的长度有着直接联系,随着混凝土段长度增加,底座板混凝土和钢筋所受拉力相应变大;张拉过程中,底座板混凝土可能会在第二次张拉时开裂,而张拉连接器钢筋和齿槽后浇带钢筋未达到屈服。

CRTS Ⅱ型轨道板混凝土技术与养护制度

CRTSⅡ型轨道板生产时为提高生产效率,要求16 h左右混凝土强度达到48 MPa以上。本文分析了混凝土材料中超细水泥和特殊掺合料的影响,以满足早期强度和耐久性要求为目标,提出了以采用非缓凝型聚羧酸减水剂为提高早期强度的主要手段,由硅酸盐水泥、普通的粉煤灰和矿粉作为掺合料、普通的集料构成的Ⅱ型轨道板材料体系。研究了该材料体系下混凝土配合比设计,通过控制水胶比和用水量两种措施,提高早期强度,并对配合比提出了指导意见。讨论了覆盖养护对混凝土材料开裂的影响,提出了模板内及毛坯板存放时应采取的的养护办法。

高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道快速升降温模型试验研究

为深入系统研究高速铁路桥上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道温度场分布规律,制作无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁1/4缩尺试验模型,通过开展快速升降温试验,分析CRTSⅡ型无砟轨道二维温度场分布规律,提出轨道系统横、竖向温度三维分布形式。研究结果表明:高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道竖向温度及温差分布呈三段式阶梯形;横向温度分布呈抛物线形;CA砂浆层是影响轨道系统横、竖向温度场分布的最主要因素;轨道系统竖向负温差主要产生于轨道板;轨道板与CA砂浆层间竖向温度梯度最为显著,最高达4.5℃/cm;横向最大负温差为-4.4℃,最大正温差为5.5℃,分别产生于底座板上部和中部;轨道系统横、竖向温度三维分布呈三段式阶梯形曲面。研究结果可为高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道温度效应设计和研究提供参考。

CRTSⅡ型轨道板磨床激光测量方法研究

CRTSⅡ型无砟轨道板承轨台的磨削精度直接影响到高速铁路轨道的平顺性与稳定性。基于CRTSⅡ型无砟轨道板承轨台的数控磨削,介绍了轨道板专用磨床激光测量系统的测量点、测量方法和测量数据的建模。

滑动层对桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝道岔群的受力影响

通过空间有限梁单元理论,建立桥上CRTSⅡ型无砟轨道无缝道岔的岔—板—桥—墩一体化模型,分析滑动层摩擦系数对钢轨、道岔、轨道板、底座板、固结机构与墩台等结构部件温度附加力的影响,结果表明:钢轨应力和相对位移随着滑动层摩擦系数的增加而略有增大;摩擦系数较大时,轨道板、底座板总体纵向力有较大幅度提高,对轨道板、底座板受力不利;墩台顶的纵向水平力变化不大,简支梁墩台固定支座附近的固结机构所传递的纵向力显著增加,但是连续梁上固结机构受力变化规律不明显;道岔传力部件所受纵向力均有较大或较小的降低,直尖轨尖端相对曲基本轨、长心轨尖端相对翼轨的位移也都依次减小,滑动层摩擦系数的增加对道岔转换设备和结构传力部件受力是有利的。

CRTS Ⅱ型轨道板裂缝宽度的变化规律

为研究轨道结构的纵连成型过程对轨道板裂缝的影响,建立了1/4单元轨道板的分离式模型,对轨道板裂缝问题进行了分析.通过研究轨道结构的纵连成型过程,指出Ⅱ型板具有独特的纵连特征和结构特征,以该特征为研究基础,分析了轨道板在整体降温30℃和40℃作用下板端和板中裂缝宽度的影响因素和变化规律.研究结果表明:随着轨道板与砂浆层层间粘结状态的弱化,板端裂缝宽度ω_k略微增大,板中裂缝宽度ωz略微减小,板中不开裂时,ω_k最大增加0.032 1 mm,板中开裂时,ω_k最大增加0.026 9 mm,ωz最大减小0.024 4 mm;对ω_k影响最大的因素是宽接缝硬化时张拉钢筋端部的初始应力和窄接缝承力大小,以及板中是否开裂;对ωz影响最大的因素是宽接缝硬化时张拉钢筋端部的初始应力,且其减小的越多,ωz越小;轨道板的纵连特征使得ω_k和分布不均匀,纵连钢筋偏弱又使得ω_k数值较大,整体降温30℃和40℃时,ω_k的变化范围分别为0.182～1.906 mm和0.389～2.546 mm,且普遍大于ωz,这与目前Ⅱ型板式轨道的裂缝开裂特征相一致.

CRTSⅡ型无砟轨道板运输车设计

CRTSⅡ型无砟轨道板运输车的设计需要解决的关键问题是:同步升降、平稳跨轨、绿色生产。介绍CRTSⅡ型无砟轨道板运输车的结构设计、液压系统设计和电气控制系统设计。CRTSⅡ型无砟轨道板运输车是集机、电、液于一体的设备,采用直流蓄电池和变频技术,既能实现装卸作业又能完成运输任务,具有结构简单、工作可靠、绿色环保、效率高等优点。

新型高速铁路CRTSⅡ型轨道板精调系统设计

CRTS Ⅱ型高铁轨道板铺设需要良好的结构连续性、平顺性、稳定性,对精调设备提出了更高的要求。本文在消化、吸收国外技术的基础上,深入研究了博格公司基于轨道板几何特性的轨道板精调系统的缺点和不足,提出了基于CRTS Ⅱ型高铁轨道板几何特性,充分利用轨道板自身基准,设计了新型无砟轨道板精调系统。精调设备更为轻便可靠,精调作业工艺流程更为简单方便,大幅度提高了精调施工效率。

CRTSⅡ型无砟轨道板打磨关键技术研究

CRTSⅡ型无砟轨道板打磨技术体系由打磨软件统领,包括生产管理、磨床控制、打磨操作、激光测量、雕刻5个子系统技术。通过对打磨技术体系的研究,尤其是对五轴机床联动技术、数控机床、磨刀技术、模腔循环技术等打磨技术体系关键技术的研究分析,提出了建立自主的无砟轨道技术体系是我国高速铁路建设的必经之路。通过石武客专、京沪高速铁路的使用和验证,表明自主系统比国外系统有更强的适应性,填补了国内空白。

CRTSⅡ型轨道板-CA砂浆界面离缝高度可靠度分析

轨道板与CA砂浆层间离缝损伤是CRTSⅡ型板式无砟轨道的主要损伤形式之一。通过分析轨道板与CA砂浆离缝产生机理,提出温度作用下轨道板与CA砂浆层间离缝高度功能函数;基于轨道板与CA砂浆层间内聚力模型,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道多层结构体系层间离缝高度计算有限元模型;将一维减维点估计与有限元方法结合求解功能函数的前四阶矩,并基于高阶矩法计算可靠度指标;在不同离缝损伤形式下,分析温度梯度对离缝高度可靠度指标的影响规律。研究结果表明:整体升温时,轨道板中心离缝高度可靠度指标随正温度梯度增加而减小;整体降温时,轨道板板角离缝高度可靠度指标随负温度梯度增加而减小;在极端温度条件下轨道板与CA砂浆层离缝高度超限的概率较大,建议加强CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的养护维修。