公铁两用大跨度斜拉桥-无砟轨道体系变形适应性研究

高速铁路大跨度斜拉桥结构变形受其复杂服役环境影响显著,而无砟轨道对工后变形的调整能力有限,因此大跨度斜拉桥的复杂变形条件将直接影响其上无砟轨道结构的适应性。以沪渝蓉高铁长江北支公铁两用大跨度斜拉桥应用无砟轨道为工程背景,建立无砟轨道-大跨度斜拉桥一体化精细空间有限元模型,分析铁路、公路以及温度等多种荷载联合作用下大跨度斜拉桥-无砟轨道体系平顺性、无缝线路稳定性和无砟轨道层间变形协调性,从而对大跨度公铁两用钢桁梁斜拉桥-无砟轨道体系变形适应性开展深入研究。结果表明:在运营荷载及温度荷载最不利组合作用下,大跨度斜拉桥主梁线形平顺,变形平缓,桥梁整体刚度较好,桥上无砟轨道几何形位可以满足静态验收标准;大跨度斜拉桥上无缝线路的强度和稳定性满足要求,扣件工作性能良好,钢轨伸缩调节器的设置可有效释放梁端钢轨的纵向应力;无砟轨道层间设置橡胶隔离层且不跨主梁桁架节间的布置方式可提高大跨度斜拉桥上无砟轨道的变形协调性能,使得桥上无砟轨道层间始终处于受压状态,达到“隔而不离”的桥上轨道层间理想服役状态;大跨度公铁两用钢桁梁斜拉桥-无砟轨道体系变形适应性良好。本文研究成果可为公铁两用大跨度钢桁梁斜拉桥上无砟轨道的应用提供技术参考。

基于DEM-FDM耦合的过渡段膨胀诱发钢轨上拱研究

研究目的:为分析涵洞过渡段地基膨胀引起的钢轨上拱响应,基于现场测试、室内膨胀试验数据,开展DEM-FDM耦合数值模拟,分析某涵洞附近路基土在膨胀范围为16 m,膨胀中心距离涵洞中心分别为0 m、5 m、10 m这三种工况下,不同膨胀率时基床填料的运动规律及钢轨的上拱响应。研究结论:(1)涵洞对于钢轨上拱位移的传递存在阻断作用,但会增大钢轨上拱的峰值,原位膨胀率下工况二的钢轨上拱峰值达到46 mm,当路基膨胀率为0.3%时钢轨上拱位移量达到无砟轨道钢轨可调节临界值(4mm);(2)过渡段钢轨上拱处同时产生轴向应力集中,其中原位膨胀率下工况二轴向应力峰值达到14.4 MPa;(3)对于膨胀区域位于涵洞下方的工况,钢轨轴向应力呈现出来的分布规律为钢轨上拱拱顶处为主拉应力状态,拱脚处为主压应力状态,因此一共包括三个压应力峰值点以及两个拉应力峰值点;(4)本文研究可为高铁涵洞过渡段路基膨胀病害解决方案的确定提供理论依据。

市域(郊)铁路桥上无缝道岔至梁缝距离研究

市域(郊)铁路桥梁占比高,结合车站配线设计,道岔不可避免需要设置在高架站前后的道岔连续梁上。考虑市域(郊)铁路采用的道岔型号、桥梁结构及设计荷载与高速铁路明显不同,桥上无缝道岔至梁缝距离研究相对缺乏。由于市域(郊)铁路设计速度比地铁高,轮轨作用力大,轮轨之间的振动和冲击对周围环境影响大,因此,桥上道岔采用跨区间无缝线路技术。基于“道岔-桥梁”相互作用原理,建立“岔-板-梁-墩”一体化12号无砟轨道、无缝道岔有限元模型,对常用的单开道岔、4.3 m线间距渡线道岔至梁缝距离开展计算分析并研究其影响规律,以道岔钢轨强度、尖轨尖端位移值、心轨尖端位移值、转辙机处基本轨与桥梁相对位移值及断缝值为限值条件,提出市域(郊)铁路桥上无缝道岔至梁缝合理距离限值。研究结果表明:桥上无缝道岔始终端距梁缝距离越大,尖轨尖端位移、心轨尖端位移和转辙机处基本轨与桥梁相对位移明显减小,道岔钢轨伸缩力和制动力计算结果差异不大;温暖地区道岔始端、终端至梁缝距离不小于10 m,寒冷地区道岔始端、终端至梁缝距离不小于18 m,相关研究成果纳入《市域(郊)铁路设计规范》。

CRTSⅢ型板和双块式无砟轨道振动噪声特性研究

【目的】探究高速铁路CRTSⅢ型板和双块式无砟轨道的结构振动与噪声特性。【方法】以有限元、多体动力学与边界元相结合的方法为基础,通过建立高速列车-无砟轨道-箱梁耦合动力学模型和边界元模型,研究列车高速通过时的列车-轨道-箱梁耦合系统的结构动力响应,以及噪声辐射特性。【结果】结果表明,列车通过桥上CRTSⅢ型板与双块式轨道结构段时,列车的最大轮重减载率分别为0.0536与0.1657,下部箱梁挠度分别为1/9673与1/8457。与双块式无砟轨道相比,CRTSⅢ型板的轨道板及底座位移响应更小,并且轨道-箱梁系统的竖向振动衰减更快,减振性能更优。另外,比较两种轨道结构条件下的高架箱梁结构噪声,CRTSⅢ型板段的箱梁噪声总声压级更小。但是,桥下远场点噪声峰值差异较小,峰值频率接近,均为31.5Hz左右;而桥下峰值频率差异较大,Ⅲ型板的峰值频率为63Hz,双块式则为20Hz。【结论】CRTSⅢ型板式无砟轨道更适合在高速铁路桥梁段使用。

新型装配式无砟轨道设计方案理论与试验研究

为适应城市轨道交通铺设装配式无砟轨道的发展趋势,克服传统现浇整体道床混凝土浇筑量较大等缺点,提出一种新型装配式无砟轨道结构设计方案,采用理论分析与试验测试相结合的方法,建立轨道系统有限元精细化分析模型和室内实尺试验模型,对城市轨道交通新型装配式无砟轨道力学响应开展理论分析和试验研究。研究表明:新型装配式无砟轨道在列车荷载作用下轨道板最大拉应力为0.696 MPa,最大位移为0.04 mm;静载试验中轨道结构应变随着垂向静荷载增大呈线性增加趋势,在510 kN垂向加载力作用下轨道板最大压应变为38.4με,卸载后残余变形很小,未出现明显塑性变形,结构承载能力满足要求;疲劳试验中随着疲劳加载次数增加,轨道板混凝土和钢筋应变在较小范围内变化,钢筋变化最大幅值为3με,混凝土最大变化幅值为10με,结构未见裂缝,抗疲劳性能良好;轨道结构加速度和位移峰值从上往下逐层递减,衰减效果显著;结构第一阶主频为70 Hz,与车辆系统频率相差较大,不会产生共振。

季冻区无砟轨道损伤变形及其对车轨动力响应的影响研究

为探究季冻区无砟轨道损伤变形对行车安全性和轨道服役性能的影响规律,以我国季冻区典型无砟轨道结构为研究对象,基于有限元方法和混凝土塑性损伤本构理论,建立考虑结构配筋的CRTS III型板式无砟轨道精细化非线性分析模型,研究路基冻胀作用下轨道结构的变形和损伤规律;结合多体动力学方法,建立高速车辆-轨道-路基耦合系统动力学模型,分析路基冻胀变形作用下高速铁路车-线-路基耦合系统动力响应。结果表明:冻胀位置对轨道结构伤损变形和离缝的产生和发展影响显著;当冻胀发生在底座板凹槽中间位置时,离缝值最大,当冻胀发生在底座板凹槽位置时,钢轨位移最大;当冻胀发生在底座板伸缩缝位置时,底座板最早产生宏观裂纹;轨道结构的变形损伤和层间离缝随着冻胀幅值增加、冻胀波长减小而增加;底座板相较于其他轨道结构更容易产生损伤,建议将底座板底面波脚产生裂纹的冻胀量作为控制标准;路基不均匀冻胀会加剧轮轨动态相互作用,进而对行车安全性和轨道服役性能产生不良影响;高速铁路的轮轨垂向动力响应随着路基冻胀幅值的增加而增大;20 m冻胀波长以下的冻胀变形及其幅值增大对车轨动力响应影响尤为严重,应予以重视。研究结论以期为季冻区高速铁路路基段基础结构动态性能演变及服役安全提供理论基础和工程指导。

重载和客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道快速换块关键技术

为选取合适的弹性支承块式无砟轨道抬轨换块施工参数,建立有限元模型,研究了抬轨点间距、扣件松开长度、抬轨量以及施工轨温与锁定轨温的温差对轨道结构变形和受力的影响,明确各参数最佳取值,提出存在空吊、离缝、套靴积水等病害的弹性支承块式无砟轨道快速换块施工方法,并在现场进行应用。结果表明:抬轨点间距宜取1.2~3.6 m,此时钢轨弯折变形较小,且钢轨拉力和扣件上拔力较小;抬升点间距每增加1.0 m,温差限值增加1℃。抬轨量16 cm,抬轨点间距1.2 m时,扣件松动长度宜大于31.8 m;温差每升高1℃,扣件松开长度应减少2.4 m。钢轨最大拉应力和扣件最大上拔力随抬轨量增加而增大,抬轨量每增加1 cm,钢轨最大拉应力增大0.66 kN,扣件最大上拔力增大0.075 MPa。

地铁工程减振垫浮置板无砟道床施工技术研究

随着当今社会经济的发展,人们对在市区内安全且高效的出行方式需求逐渐增大,为缓解城市交通压力,满足人们日常出行,各大城市在地铁建设方面加大了建设力度。为更好打造舒适环保型地铁,广大设计人员在减振降噪方面做出较大努力,将地铁对居民生活影响降到最低。结合青岛地铁4号线减振垫整体道床施工,从施工工法流程方面着手,采用轨排架轨法施工,是目前应用较广泛,减振等级高的减振道床之一,总结一套行之有效的工艺流程,解决关键控制技术,是广大建设人员共同的目标。

高速铁路无砟轨道混凝土疲劳性能试验研究

结合无砟轨道混凝土荷载状态,通过Weibull分布函数探讨了混凝土疲劳性能与疲劳试验参数间的联系。从结果看:混凝土疲劳性能在弯曲疲劳加载时有更显著变化,且疲劳荷载下无砟轨道更易出现疲劳破坏;混凝土疲劳寿命在越高加载频率下有越大离散程度,在5—15 Hz范围内,加载频率对混凝土疲劳寿命的影响较小;混凝土疲劳寿命在0.6应力水平时有最小离散程度;混凝土疲劳寿命和离散程度在等幅正弦波加载时较小。综合试验效率、结果精度、加载幅值等考虑,建议以“弯曲疲劳、等幅正弦波、f=20 Hz、S=0.6、λ=0.1”作为无砟轨道混凝土疲劳试验制度。

无砟轨道结构轨距精调作业方法研究

我国铁路事业的发展日新月异,为确保铁路运输安全平稳,工务专业将轨道质量指数(TQI)作为评价线路整体质量的一项重要参数。轨距精调作为一项日常的维修工作,对于降低线路TQI值发挥着重要的作用。针对太中银铁路两个特长隧道无砟轨道结构的作业难点,研讨便捷且高效的轨距精调作业方法,优化人员分工及作业流程,通过现场实践可以得出,相较于之前去峰值的轨距精调理念,使用轨检仪制定均值管理方案能够明显降低线路的TQI值,提升作业效率。

高速铁路钢轨上拱不平顺对波磨萌生的影响研究

高速铁路钢轨波磨是近年来致力于解决的一种极其复杂的轮轨关系问题。武广高铁胡家湾大桥存在钢轨上拱不平顺并伴随钢轨波磨病害,有必要通过理论与实践研究寻找钢轨上拱和波磨相伴相生的证据并诠释其机理。首先建立涵盖钢轨上拱-大幅值轮载-轮轨接触力统一数力学模型,采用能量法、轮轨接触理论和安定极限法进行解析计算,研究钢轨上拱矢度、列车参数和轨道参数的影响规律。然后阐释钢轨上拱、轮载与轮轨接触力之间的相互作用对理解钢轨波磨的萌生机理和减磨措施以及提出车轮多边形发生机理猜想所具有的启示意义,最后简要总结钢轨上拱引发波磨需要进一步研究的前沿问题。计算结果表明:钢轨上拱矢度对轮轨接触力影响显著,如以CRH2型动车组和弹性支撑块式无砟轨道组合为例,当钢轨上拱0.2 cm时,动轮载为21.45 t,相较平顺时增大3.1倍,切向力为15.86 kN,增大2.1倍,法向应力为1 131.6 MPa,增大1.5倍,超出安定极限值20.1%;轮轨接触力随着静轮重、簧下质量和轨道垂向刚度的增加而增大,随着轨道阻尼的增大而减小。研究发现,钢轨上拱激励轮轨系统高频共振导致了钢轨波磨的萌生与发展。防止或抑制此类型波磨的主要措施有:控制钢轨上拱不平顺、防止轮轨系统共振、减小轮载变化幅值、提高钢轨材质强度与耐磨性能以及采取预防性和修复性打磨等。

桥上Ⅱ型板式无砟轨道纵向力智能分析系统

为实现桥上Ⅱ型板式无砟轨道无缝线路纵向受力与变形分析的智能化,考虑了桥梁结构、轨道板以及钢轨之间的相互作用,利用有限元法建立了多跨简支梁和大跨度连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路精细化有限元模型;采用C#语言对ANSYS进行二次开发,研发了集参数输入、有限元建模、荷载施加、自动计算、数据提取及数据智能处理于一体的纵向力智能分析系统。通过与已有文献对比,验证了智能分析系统的通用性和可靠性,可为桥上Ⅱ型板式无砟轨道无缝线路的设计提供参考。

帕德玛大桥铁路连接线无砟轨道系统设计

研究目的:帕德玛大桥铁路连接线是孟加拉国首条铺设无砟轨道的铁路,也是我国工程技术人员首次在120 km/h、25 t轴重客货共线条件下开展的大跨钢桁梁上无砟轨道设计和简支梁上无砟道岔设计,设计过程中面临着结构限界和轨道自重受限、2350 mm超宽梁缝及7.5‰超大梁端转角、简支梁上无砟无缝道岔群布设等难题,亟需对轨道结构及部件开展系统研究,以指导铺轨实践。研究结论:(1)提出了底座板与桥面板一体化设计的单层长枕埋入式无砟轨道,克服了大跨度钢桁梁上结构限界和轨道自重受限的难题;(2)研发了±800 mm调整量梁端伸缩装置及钢轨伸缩调节器一体化装置,解决了2350 mm宽梁缝、7.5‰梁端转角条件下的轨道结构自适应调整问题;(3)基于“岔梁墩一体化”模型开展了岔桥相互作用分析,解决了25 t轴重条件下简支梁上的无砟无缝道岔群设计难题;(4)上述创新实践指导了孟加拉国首条无砟轨道铺设,对海外工程复杂桥梁结构上无砟轨道设计具有一定的参考作用。

基于Winkler地基叠合梁的不均匀沉降作用下的无砟轨道变形研究

针对双块式无砟轨道建立Winkler地基叠合梁解析模型,用来预测下凹余弦型土质路基不均匀沉降时轨道的弯曲变形,并采用考虑轨道-路基接触非线性的梁-体有限元模型对比验证,确定出了Winkler地基叠合梁模型预测轨道变形适用的临界条件,即轨道与路基接触非线性触发的临界条件。研究发现:小沉降幅值/波长工况下,2种模型预测结果吻合得很好,而较大沉降幅值/波长工况下,解析模型预测轨道变形结果偏大,梁-体有限元模拟结果显示轨道与路基间发生了明显的脱空现象,接触应力为0;给出了轨道与路基接触非线性触发的临界条件,即路基不均匀沉降波长为10、15、20、25 m时,Winkler地基叠合梁模型应用的临界沉降幅值分别为1、3、10、30 mm,大于临界沉降幅值时,轨道与路基接触非线性开始触发;得到了Winkler地基叠合梁沉降波长-临界沉降幅值曲线,为快速准确预测路基不均匀沉降工况下的轨面变形提供了理论依据和计算方法。

小半径曲线地段无砟轨道钢轨碎弯影响因素分析

为研究小半径曲线地段桥上无砟轨道无缝线路敏感因素对钢轨碎弯变形的影响,以单元板式轨道与钢弹簧浮置板轨道为研究对象,基于梁-板-轨相互作用理论,利用有限元软件建立计算模型,分别分析了钢轨初始弯曲、曲线半径、扣件横向刚度和钢弹簧横向刚度对钢轨碎弯变形的影响及作用规律。研究结论可为小半径曲线桥上无砟轨道的设计及钢轨碎弯的整治提供参考,对于提高无砟轨道平顺性,保证行车安全具有重要意义。

利用既有无砟轨道城际铁路运输轨料的可行性和安全性研究

为确保牵引机车在以ZC活载设计的城际铁路无砟轨道上运行,利用既有广清城际线路(无砟轨道)为相邻在建线路运输轨料,成为国内外首例利用既有无砟轨道城际铁路运营线路运输轨料成功案例,需研究利用既有无砟轨道城际铁路运输轨料的可行性和安全性研究,同时可填补国内这方面研究的空白。结合既有广清城际铁路(无砟轨道)开展无砟轨道城际铁路运输轨料的可行性和安全性研究。分别从轨料运输列车对城际铁路最大坡度的适应性、桥梁结构对轨料运输车上线的适应性、轨道结构对轨料运输车上线的适应性和轨料运输对广清城际铁路通过能力的影响4个方面进行研究。首先,通过牵引计算模拟仿真实验测评,分析并解决轨料运输列车能否适应城际铁路最大坡度的问题;然后,基于轨料运输车上线实验数据,分析轨料运输车上线对桥梁、轨道结构安全性影响,解决轨料运输车上线的安全性、可靠性问题;最后,基于广清城际现状客车开行计划和天窗类型,分析并解决轨料运输与旅客运输的适应性问题。研究结论:轨料运输列车能适应城际铁路最大坡度;桥梁结构能适应轨料运输车的荷载;无砟轨道结构各部分动力学指标和行车安全性指标可满足相关规范要求;广清城际天窗外非客运时段轨道运输能力可以满足轨料运输需求。将研究成果在广清城际铁路进行试验,验证了利用既有无砟轨道城际铁路运输轨料的可行性和安全性。

CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土施工质量控制

针对无砟轨道自密实混凝土板下灌注施工质量问题,从自密实混凝土原材料的选取、配合比、揭板试验、灌注质量控制要点以及解决气泡产生因素,阐述了无砟轨道自密实混凝土施工质量控制要点,从而为今后无砟轨道施工的探索提供了思路及宝贵经验。

超长联跨海连续梁桥无缝线路静动力学分析

为指导高速铁路跨海超长联连续梁桥上无砟轨道无缝线路设计,基于梁轨相互作用原理及多体动力学理论,通过建立无砟轨道-多跨连续梁桥静力学分析模型与高速车辆-无砟轨道-连续梁桥耦合动力学分析模型,对超长联跨海连续梁桥上无砟轨道无缝线路的静、动力学特性进行分析研究。研究结果表明:(60+37×80+60) m连续梁温度跨度超长,须铺设钢轨伸缩调节器以降低钢轨应力;进行超长联跨海连续梁桥上无缝线路设计与检算时,应考虑活动支座摩阻力的贡献和影响;设置伸缩调节器后,连续梁桥上无缝线路钢轨受力、断缝值等各指标均能满足安全性要求;列车荷载作用下,车辆、轨道、桥梁的各项指标均满足动力性能评价要求;为保证轨道系统安全服役,建议加强混凝土连续梁伸缩调节区域轨道状态的调整、在线监测与科学维护。

城市轨道交通装配式无砟轨道施工技术分析

装配式无砟轨道施工技术是一种新型现代化施工技术,其将传统轨道施工技术与装配式技术有机结合,能减轻轨道板重量,提高施工效率,为后期维护管理提供便利,保障城市轨道交通的稳定安全运行。文章分析了装配式无砟轨道施工技术原理,从结构设计和材质性能两方面阐述其技术优势,并从施工准备、底座板施工、隔离层铺设、轨道板施工、自密实混凝土施工五方面分析了具体操作要点,以供相关人员参考。

高速铁路无砟轨道超大调整量扣件研发

为解决地震造成的高速铁路无砟轨道形位偏移过大的问题,在既有WJ-8型扣件基础上,以提高扣件调整量和结构稳定性、方便调整为原则,研发了能够实现超大调整量的承轨台可调式WJ-8型扣件,给出了单股钢轨左右位置、钢轨高低位置不同调整量下的扣件配置,并进行了扣件组装性能试验。结果表明:采用承轨台可调式WJ-8型扣件系统,单股钢轨左右位置最大调整量可达±150mm,钢轨高低位置调整量为-24-+100 mm;扣件组装性能和三联套管抗拔能力均满足线路运营要求。承轨台可调式WJ-8型扣件系统已在兰新(兰州—乌鲁木齐)客运专线试用,效果良好。