钢管混凝土双块式轨枕无砟轨道结构疲劳性能试验研究

新型钢管混凝土(CFT)双块式轨枕克服了桁架钢筋双块式轨枕存在的生产制造复杂、存放易锈蚀、运营阶段易开裂等问题,可广泛应用于高速铁路和城市轨道交通无砟轨道结构。为检验CFT双块式轨枕无砟轨道结构的疲劳性能,采用11根预制CFT双块式轨枕现浇制作足尺无砟轨道结构节段模型,开展橡胶隔振垫式减振轨道和现浇整体式轨道节段的疲劳试验,揭示其疲劳损伤特性,分析典型疲劳加载循环次数后静载作用下轨道结构应变和变形分布及其演化规律。研究结果表明:1.5倍静轴重的疲劳荷载累计作用500万次后,减振节段及整浇节段CFT双块式轨枕无砟轨道结构混凝土均未出现肉眼可见的裂缝,轨枕与现浇道床整体工作性能良好,疲劳性能满足规范要求;停机开展静载试验过程中轨道结构各测点混凝土横向应变值随荷载增大而近似线性增大,最大拉压应变值均远小于混凝土的极限应变值,工作状态良好;轨道整浇节段道床板中处于整体受拉的状态,可见设置层间连接钢筋实现了道床与底座的共同工作;疲劳试验过程中轨道结构测点竖向位移值总体随着静载的增大而逐渐增大,位移量级较小,满足规范要求,减振轨道节段竖向位移值及其变化率大于整浇轨道节段。研究结果可供类似研究及钢管混凝土双块式轨枕无砟轨道结构工程应用参考。

新型钢管混凝土枕式无砟轨道动力响应试验研究

采用钢管混凝土构件连接轨枕块形成钢管混凝土轨枕,基于钢管混凝土轨枕设计城市轨道交通用钢管混凝土枕式无砟轨道结构。为掌握钢管混凝土枕式无砟轨道结构在城市轨道交通列车运行条件下的力学性能,验证结构设计的安全性、合理性,分别在减振地段、普通地段铺设钢管混凝土枕式无砟轨道,通过行车试验,测试分析不同列车行驶速度下无砟轨道钢轨、轨枕、道床结构的动力响应。研究结果表明:在列车车速为40、60和80 km/h运行条件下,轮轨垂向力最大值为86.18 kN,横向力最大值为13.99 kN,脱轨系数最大值为0.21,轮重减载率最大值为0.23,测试值均明显小于相应的安全限值,无砟轨道结构满足行车安全性要求;在列车动荷载作用下,钢管混凝土轨枕钢管压应力最大值为3.55 MPa,拉应力最大值为3.77 MPa;轨枕块压应力最大值为1.32 MPa;道床钢筋压应力最大值为2.30 MPa,拉应力最大值为3.54 MPa;道床底压应力最大值0.22 MPa。这些动力响应结果均满足材料的的限值,表明结构保持了良好的力学性能,结构设计合理可行。

城际铁路桥上新型双块式无砟轨道力学特性

研究目的:为优化城际铁路无砟轨道结构设计,本文提出一种桥上新型双块式无砟轨道结构。该结构采用单层道床板形式,同时配以新型角钢-双块式轨枕。通过建立桥上新型双块式无砟轨道空间耦合力学模型,分析典型荷载作用下轨道静力学特性与动力学响应。研究结论:(1)角钢-双块式轨枕与道床板连接良好,在承受荷载作用时,角钢、轨枕与道床板协同变形,且角钢和轨枕的受力均不超过其材料的极限强度;(2)新型双块式无砟轨道在承受列车荷载、温度梯度荷载及整体温度荷载作用时,道床板的受力及变形情况较好,结构强度满足城际铁路设计要求;(3)新型双块式无砟轨道可以给列车提供平顺稳定的运行面,列车动力响应较小,安全性与平稳性指标均小于限值;(4)单层无砟道床可以提供足够的支承刚度,钢轨垂向位移较小,且由于道床板与梁面连接紧密,道床板动力响应较小;(5)本研究结论可为城际铁路轨道结构的优化设计提供理论支撑。

地下水作用致隧道底鼓和双块式无砟轨道变形规律研究

水压作用会导致隧道底鼓变形,变形传递至轨道会引起轨道几何状态不良。本文从轨道几何形位变化角度出发,对水压力作用导致隧道底鼓时引发的轨道几何状态劣化问题展开深入研究,提出了水压力的近似计算方法;基于荷载-结构法建立了隧道内双块式无砟轨道数值计算模型,分析了不同找平层水压作用下轨道的几何不平顺特征和变化规律。结果表明:隧道底鼓-无砟轨道几何不平顺现象是道床板与找平层接触状态变化、沿线路纵向与隧道横断面内的横向变形叠加作用的结果;水压作用除引起轨道高低几何状态劣化外,还可导致轨道轨向、水平变化及扭曲变形;受承压水头和水压分布长度影响,水压引起的内外轨的高低、轨向以及轨道水平变化曲线具有各自形态特征,而并非单一抛物线或正弦线。通过数值模拟,验证了隧底找平层底鼓变形的接触状态非线性力学行为,揭示了底鼓变形下轨道线路三角坑的形成机理。

隧道内双块式无砟轨道受力特征及防裂优化措施

针对隧道仰拱施工缝位置双块式无砟轨道道床板在施工阶段裂纹多发进而影响无砟轨道长期使用寿命的问题,建立纵连式和单元式双块式无砟轨道有限元整体模型,分析了不同工况下仰拱施工缝位置道床板的主拉应力,讨论了混凝土收缩以及整体温度荷载作用下混凝土应力状态,并基于分析结果从结构优化以及施工角度提出了双块式无砟轨道裂纹预防措施。结果表明:对于施工缝区域,纵连式道床板主拉应力随基底刚度增大而降低,单元式道床板主拉应力随板长减小而降低;采用植筋措施能够有效降低两种道床板结构在施工缝的应力水平,道床板主拉应力随植筋间距减小而减小。综合考虑,建议实际工程中在道床板跨越施工缝区域采用植筋措施,植筋间隔两根轨枕布置。

路桥过渡段双块式无砟轨道道床板上拱整治方案

针对路桥过渡段连续型双块式无砟轨道端梁位置道床板上拱病害,建立理论分析模型,研究了层间黏结状态和端梁支承条件对道床板上拱变形的影响规律;提出五种植筋方案,并对比分析了各方案的整治效果。结果表明:整体上,道床板在路基侧距离端梁中心10 m范围内上拱,最大上拱位置距离端梁中心约3 m;随着层间抗拉和抗剪强度增加,道床板最大垂向位移呈非线性减小趋势,层间黏结强度显著抑制了道床板的上拱变形;层间摩擦因数以及支承层、级配碎石、AB组填料造成的端梁侧向支承刚度变化对道床板上拱变形的影响相对较小;在距离端梁20 m范围以外植筋对道床板上拱变形的限制较小,增加路基侧距离端梁10 m范围内植筋可以明显减小道床板上拱变形。

双块式无砟轨道轨枕伤损对轨道结构性能的影响

为探明双块式无砟轨道轨枕伤损对轨道结构动力响应以及高速列车行车性能的影响,建立考虑局部轨枕伤损的车辆-双块式无砟轨道系统动力学耦合模型,分别对直线地段和曲线地段的轨枕伤损模式、伤损范围等因素进行仿真分析。结果表明:轨枕伤损导致单个扣件锚固性能失效对轮轨相互作用力和行车安全性指标影响较小,而连续3个扣件锚固性能失效使得轮轨垂向力、轮重减载率、钢轨垂向位移与振动加速度显著增加;轨枕挡肩失效对轮轨相互作用力影响不大,主要导致钢轨横向变形和横向振动加速度增大;曲线地段单侧轨枕失效主要对失效一侧的轮轨力产生不利作用,轮轨横向力增幅明显,从而导致脱轨系数增大。为保障高速列车行车安全,双块式无砟轨道轨枕锚固或挡肩连续失效个数不宜超过3个。

基于WJ-12型扣件的双块式无砟轨道结构优化设计

既有双块式无砟轨道结构在以货为主的客货共线铁路上存在扣件、轨枕安全储备不足、道床开裂严重等问题,尚未推广应用。针对上述问题,对采用WJ-12型扣件、配套无挡肩双块式轨枕的无砟轨道进行结构优化,并将隧道地段基础不均匀沉降作为偶然荷载纳入作用效应组合,基于数值模拟和极限状态法对道床板配筋进行重新设计。结果表明:为便于养护维修、增强轨道绝缘性能,满足钢筋保护层厚度,隧道地段轨道结构高度建议调整为545 mm;为减少施工流程,提高无砟轨道施工及运营质量,建议双块式轨枕取消穿筋孔设置;与高速铁路双块式无砟轨道通用参考图对比,建议客货共线双块式无砟轨道距隧道洞口小于200 m范围加强横向配筋,大于200 m范围加强纵向配筋。

双块式无砟轨道枕边裂纹水力特性研究

针对双块式无砟轨道枕边裂纹,采用ANSYS计算软件,建立流固耦合三维模型,在列车荷载和水耦合作用下,对双块式无砟轨道枕边裂纹内部动水压力和水流速度的分布和变化规律进行模拟计算,为双块式无砟轨道枕边裂纹的防治和维修提供理论基础。研究结果表明:裂纹内水压力最大值发生在裂纹中部尖端处,而最大水流速度发生在裂纹中部出口处;最大水压力和最大水流速度随着荷载幅值和频率的增加而增加,且荷载频率对水压力和水流速度的影响较大;随着裂纹开口量的增加,最大水压力和最大水流速度反而减小,但裂纹深度越深,最大水压力越大,且最大水流速度随着裂纹深度的增加最后成线性增加趋势。因此,裂纹深度是影响枕边裂纹水压力和水流速度的一个关键因素。

双块式无砟轨道轨枕松动修复材料性能分析

在外界荷载作用下，双块式无砟轨道中预制轨枕与现浇道床板粘结面作为轨道结构的薄弱处，容易出现轨枕松动，这将降低轨道结构的承载能力及影响轨道的平顺性。基于有限单元法，建立含轨枕松动修复材料的双块式无砟轨道梁体模型，分析在列车荷载及温度荷载作用时修补材料的力学性能，以期为双块式道床板裂缝维修提供一定的理论基础。研究表明：修复材料及道床板的拉压应力随着修复材料的厚度增加而减小，随弹性模量的增大而增加；建议修复材料的弹性模量为100～500MPa。

无砟轨道双块式混凝土轨枕的配合比优化及生产控制

优化了双块式无砟轨枕混凝土租集料级配及混凝土的配合比，阐述了过程生产控制方法及实际生产中应该注意的问题。粗集料的级配及混凝土配合比的优化结果表明：当采用5～10mm粒级碎石40％，10～25mm粒级碎石60％，配合后可得到最大的堆积密度1592kg／m^3,孔隙率为39．7％；当水泥用量为460kg／m^3，水灰比为0．25，砂率33％，减水剂用量为胶凝材料的0．88％时，配制的混凝土28d的抗压强度达78．9MPa，其电通量、外观质量及抗冻性等均满足无砟轨道双块式混凝土轨枕的技术要求。

隧道内CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道轨枕离缝修复技术研究

随着运营时间的增长,隧道内CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕离缝病害持续恶化,严重影响隧道内轨道结构的服役性能和耐久性,甚至危及行车安全。鉴于此,文章建立了隧道内CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕离缝病害有限元模型,通过施加等效降温荷载和列车荷载,对轨枕早期离缝病害的成因和修复材料的力学性能进行了分析。研究结果表明:道床混凝土收缩荷载是导致双块式轨枕早期离缝的主要原因,混凝土较小的收缩率可降低其对道床与轨枕粘结面的损伤程度;轨枕离缝修复材料环氧树脂的弹性模量建议取为4000~6000MPa;"轨枕离缝注浆+表面封闭"的双块式轨枕离缝修复工艺具有较高的工程价值。

CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕松动修复试验研究

在运营的无砟轨道线路上调查发现,CRTSⅠ型双块式无砟轨道在预制轨枕与现浇道床板接触面间出现裂缝和道床板面混凝土掉块。本文分析了CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕松动的原因,通过现场测试对比分析了松动轨枕在修复前后钢轨、轨枕、道床板的垂向位移及加速度的变化情况。研究结果表明,松动轨枕修复后,钢轨、轨枕的垂向位移及加速度均明显减小,轨枕纵横向翻转幅度也明显减小,修复前后道床板的加速度变化较小。及时修复轨枕块松动应作为该类型无砟轨道日常养护维修工作的主要内容之一。

双块式无砟轨道轨枕的优化设计研究

针对目前我国双块式无砟轨道轨枕在设计、生产、运输、铺设等过程中存在的一些问题进行探讨和分析,并在此基础上对双块式轨枕进行优化设计,以供我国双块式轨枕的设计作参考。

台州市域铁路S1线新型双块式轨枕及无砟轨道

针对台州市域铁路S1线的技术特点和建设需求,研发具有自主知识产权的钢管混凝土双块式轨枕,创新了轨枕块之间、轨枕块与道床之间的连接方式,提出钢管混凝土双块式轨枕灌注材料性能指标,形成轨枕制造技术,实现批量化生产;基于钢管混凝土双块式轨枕,研发适用于市域铁路轻量化、经济型的无砟轨道结构,并开展无砟轨道实尺模型室内试验,验证了无砟轨道结构设计的合理性与可靠性。

干旱风沙地区高速铁路双块式轨枕设计研究

双块式轨枕作为双块式无砟轨道的重要组成部分,承受列车荷载并将荷载传递给道床板。武广、郑西高速铁路中分别采用了CRTSⅠ型、CRTSⅡ型双块式无砟轨道结构。对于兰州至乌鲁木齐第二双线,全线多处于严寒、温差大、风沙大、日照强、干旱缺水等恶劣自然气候条件下,国内外尚无类似条件下铺设双块式无砟轨道的工程实践。结合沿线气候特点易造成双块式轨枕沙埋、磨蚀等病害,提出加高承轨台、改进桁架筋布置、增加挡肩内配筋、枕内钢筋绝缘等措施,解决了气候对双块式轨枕带来的不利影响,并在全线得到推广应用。

无砟轨道防风沙设计对结构性能的影响分析

兰新二线防水沙设计通过加高轨枕承轨台、增大钢轨下过沙空间避免风区沙石堆积,同时降低支承层厚度以保证结构整体高度不变。通过建立轨道结构力学模型,分析加高承轨台、降低支承层厚度对轨道结构力学性能的影响。分析结果表明:承轨台厚度的增加将引起轨枕挡肩混凝土拉应力增大;支承层厚度的减小将增加轨道各结构层最大拉应力幅值,增大轨道结构在列车荷载作用下的竖向位移。这一防风沙设计方案基本满足无砟轨道设计规范的要求。此外,有必要对轨枕增设补强钢筋,避免轨枕开裂破坏。

无砟轨道双块式轨枕环形生产线制枕关键技术研究

就旭普林无砟轨道双块式轨枕在国内首条环形生产线的制造,介绍了制枕总体方案的设计,对主要制枕工序的设备功能和工艺设计等关键技术进行了较详细的阐述,可供类似工程参考和借鉴。

CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道路基的力学特性分析

我国无砟轨道铁路主要铺设有双块式无砟轨道、板式无砟轨道等。文章基于ABAQUS有限元软件,仿真分析不同轴重作用下CRTS I型双块式无砟轨道路基各部位的受力特性,研究列车轴重对无砟轨道的影响。研究表明轮载力作用下双块式无砟轨道的影响范围主要为5根轨枕。ZK标准荷载作用下,基床表层表面、基床表层底面、基床底层底面的压应力最大值分别为19.1kPa、18.1kPa、7.51kPa,竖向位移最大值分别为0.3mm、0.27mm、0.115mm。

双块式无砟轨道轨枕脱空处水的特性研究

通过对我国无砟轨道服役情况的调研发现,在降雨量丰富的地区或排水不良的地段,双块式无砟轨道破损的速率较干燥地区要快得多。在高速、高频列车荷载作用下,枕下自由水变成具有一定压强、流速的动水,动水会加速裂纹的扩展,冲刷轨枕与道床板交界面的混凝土,从而影响轨道结构的耐久性,行车平稳性和安全性。通过计算流体力学软件ANSYS CFX,建立了轨枕-水-道床板流固耦合动力学模型,计算了轨枕脱空下水体的压强和流速的数值大小,为深化动水研究提供参考。