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。

铁路钢桁梁桥明桥面复合轨枕宏-细观力学行为研究

复合轨枕是明桥面结构提质改造的重要举施,但复合成型工艺及材料特性对轨枕服役性能有直接影响。针对复合轨枕明桥面结构的特性,基于ABAQUS等仿真平台,分别建立复合轨枕的宏、细观有限元模型,从多尺度仿真角度研究列车轮载下复合材料密度,纤维束直径、取向和分布等因素对轨枕承载能力及变形影响。结果表明:增大纤维束直径、使纤维束充分分散,能够减少10%~30%的轨枕受力;改变纤维取向对提高轨枕承载力的效果较为显著,优化纤维分布取向能够使轨枕表面受力减小20%~30%;在此基础上提出“45°/0°/45°”的纤维束铺层结构,采用这种结构能在相同变形量控制水平下获得更高的承载能力,较全断面纵向铺层方案提升30%~50%。研究表明:利用复合轨枕的材料特性,优化生产制造工艺可提高其承载能力。

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。

米轨钢枕轨道不同坡度的道床阻力分析

为分析不同轨道坡度对道床纵横向阻力的影响,开展米轨铁路有砟轨道钢枕平坡和250‰坡度道床纵横向阻力室内试验,并建立离散元模型,通过室内试验验证了离散元模型的正确性,进一步建立了多种坡度的米轨钢枕有砟道床离散元模型。研究结果表明:平坡与250‰坡度米轨钢枕道床纵向阻力实测均值分别为11.33,10.31 kN/枕,道床横向阻力均值分别为7.44, 7.11 kN/枕,纵向阻力衰减了9%,横向阻力衰减了4.44%;米轨钢枕的道床纵横向阻力均随坡度增大而减小,坡度在0~700‰变化时,道床纵向阻力与横向阻力之间存在线性关系,斜率约为1.7,纵向阻力变化程度大于横向阻力;道床纵横向阻力均随坡度呈余弦趋势衰减,但并非单一的按照坡度的余弦值改变,在坡度小于200‰时,道床阻力可近似按坡度余弦折算考虑,坡度大于200‰时,可根据拟合余弦公式预测道床阻力。

利用在线热处理技术研发YL82B-QM高强钢绞线

通过调整炼钢成分(质量分数),将V含量由0.09%降低到≤0.005%,Cr含量由0.28%降低到≤0.05%,Mn含量由0.85%降低到0.70%,在降低了合金元素情况下,通过调整连铸轻压下工艺、在线热处理技术(吐丝温度890~910℃、盐槽温度510~520℃)生产的Φ15 mm YL82B-QM高强钢绞线盘条,平均抗拉强度达到1227 MPa,断面收缩率39.3%,索氏体化率98%,同圈强度在40 MPa范围内,晶界渗碳体和心部马氏体≤1.0级;与传统的Cr、V合金化Φ15 mm YL82B-V风冷盘条相比,盘条性能更加优良,降低了合金成分的加入量,且不需要风机冷却,极大的降低了能源消耗,做到了绿色环保工业生产,该盘条用于生产Φ10 mm 1570 MPa级轨枕钢丝,经过客户验证,钢丝抗拉强度、延伸率、弯折等重要指标均符合标准要求。

轨枕预应力钢丝自动编组装置和入模系统及技术

采用先张法生产混凝土轨枕时,为了一次成型多个轨枕以提高生产效率,需要人工在轨枕成型钢模中放置多个挡板将钢模分隔开,为此需大量人工合力将钢筋组抬入钢模内,工人劳动强度大,工作效率低。本文提出一种轨枕预应力钢丝自动编组装置和入模系统及技术,能够自动将挡板分置到位,自动将轨枕预应力钢丝编组并送入钢模,自动化程度高,降低劳动强度,省工省时,提高工作效率,降低生产成本。

新型钢枕道床横向阻力试验与分析

研究目的:钢枕具有100%可再生、可循环利用的优势,适用于不同速度、轴重、轨距的线路;设计和应用灵活,能够降低桥隧建筑结构高度;钢枕安装和运输方便,在"一带一路"国家中均有大量应用。由于钢枕结构和材质原因,其道床阻力较低,限制了钢枕应用范围的扩大。本文通过采用加肋和设置橡胶垫方式来提高钢枕道床横向阻力,进行不同条件下道床横向阻力试验研究。研究结论:(1)普通钢枕道床横向阻力为Ⅲc型混凝土轨枕的51. 9%~62. 4%,远低于普通铁路无缝线路设计要求,需要进行加强;(2)钢枕枕底、肩部及枕心道床横向阻力分担依次为52. 8%~74. 7%、11. 3%~37. 4%、9. 9%~14. 0%;(3)肋板可显著提升钢枕道床横向阻力,其作用优于砟肩堆高和加宽,且横向阻力随肋板数目增加而提高;(4)橡胶垫复合钢枕道床横向阻力均高于普通钢枕,大凸型增加比例为3. 0%~5. 9%,小凸型增加比例为22. 2%~25. 5%;(5)本研究成果可为扩大钢枕应用范围提供参考。

米轨铁路钢枕有砟道床横向阻力试验与仿真

研究目的:为探究米轨铁路钢枕道床横向阻力变化特征,本文开展米轨铁路钢枕道床横向阻力试验,并基于离散元法建立并研究米轨钢枕有砟道床横向阻力,通过试验结果验证米轨钢枕有砟道床离散元模型,同时采用离散元法分别探究砟肩堆高、道床肩宽和道床边坡坡度对米轨铁路钢枕道床横向阻力的影响。研究结论:(1)轨枕横向移动2 mm时米轨钢枕道床横向阻力均值为7.48 k N,比离散元仿真值7.26 k N大3.03%,采用离散元法研究米轨钢枕道床横向阻力是可靠的;(2)随着砟肩高度的增加,米轨钢枕道床横向阻力在不断增大,并且在砟肩堆高100~150 mm时,米轨钢枕的道床横向阻力幅值明显增加,而砟肩高度超过150 mm后对米轨钢枕道床横向阻力的影响较小;(3)米轨钢枕道床横向阻力随着道床肩宽的增加而不断增大,并且道床肩宽在400~500 mm时,米轨钢枕的道床横向阻力幅值明显增加,而道床肩宽超过500 mm时,米轨钢枕道床横向阻力幅值增加较小;(4)随着道床边坡坡度的减小,米轨钢枕道床横向阻力在不断增大,并且道床边坡在1∶1.5~1∶1.75时能显著提高米轨钢枕道床横向阻力;(5)本研究成果可指导米轨铁路钢枕有砟道床的设计与施工,并可为米轨铁路无缝线路设计理论提供参考依据。

钢渣在铁路轨枕混凝土的综合利用

阐述了钢渣形成过程及基本物理化学性质、钢渣国内外利用现状、轨枕及轨枕混凝土的研究现状。钢渣应用到轨枕混凝土当中,由于表面坚固多孔,水泥渗入到颗粒孔洞中,伴随着水泥凝结硬化颗粒间结合时能够紧密相连,使得混凝土轨枕具有更高的强度及更大的道床阻力,提高了轨枕的耐久性,为钢渣的处理又多了一条新途径。

锯齿互锁式沉降自动补偿钢枕结构强度分析

针对铁路轨下基础沉降引发的上部结构不平顺问题,研发了一种能够自动补偿轨下基础沉降的锯齿互锁式钢枕;对钢枕的结构组成和工作原理做出详细说明,并对钢枕沉降补偿装置结构受力进行计算;基于有限元法建立钢枕的三维空间有限元模型,对比分析钢枕在不同沉降补偿量下的竖向强度。研究结果表明:在一定沉降补偿范围内,钢枕沉降补偿装置的计算压应力和剪切应力远小于极限强度值,沉降补偿装置结构抗压和抗剪满足强度要求;随着沉降补偿量的增加,钢枕各方向上的最大拉、压应力也不断增大,横向最大压应力和垂向最大拉、压应力的变化范围较大,其余各方向上的最大应力均在某一值附近波动,但均远小于强度限值;在一定沉降补偿范围内,钢枕能够满足竖向强度要求。本文研究成果可为铁路线路过渡段等易沉降地段的病害整治提供参考。

锯齿互锁式沉降自动补偿钢枕强度影响因素分析

针对铁路轨下基础沉降引发的轨道不平顺问题,提出一种能够自动补偿轨下基础沉降的锯齿互锁式钢枕。为研究该钢枕结构参数对钢枕强度的影响规律,基于有限元法建立钢枕的三维空间耦合计算模型,计算不同沉降补偿量下钢枕结构各向强度,并分析钢枕宽度、高度,以及顶、底板厚度等参数对钢枕各向强度的影响规律。研究结果表明:钢枕整体各向拉、压应力均大于或等于局部锯齿处应力;随着沉降补偿量的递增,钢枕整体横向压应力和锯齿处各向应力均增大;钢枕在一定沉降补偿量下各向强度均满足要求;增大钢枕宽度能够减小钢枕整体横向压应力和锯齿处各向应力;随着钢枕顶板厚度的递增,钢枕整体横向压应力和锯齿处各向应力均显著增大,建议关注钢枕升降块顶部锯齿与顶板边缘处的接触应力;钢枕高度和底板厚度对钢枕整体和锯齿处强度影响均较小。

铁路桥梁梁端伸缩装置的结构特点探讨

铁路桥梁梁端伸缩装置是大跨度桥梁的重要部件,为实现轨道的连续性和平顺性,需要具备滑动和支撑功能。对国内各种铁路桥梁梁端伸缩装置的结构特点、工作原理以及各自优缺点进行分析对比,目的在于分析出国内自主研发的梁端伸缩装置需要改进的思路和方向。我国要实现铁路桥梁梁端伸缩装置完全自主化,需要吸收国外先进的技术和经验,同时提升自身的制造精度和水平。

预应力钢纤维高强混凝土特种轨枕的疲劳特性

采用双重和多重复合技术， 在预应力高强混凝土轨枕的基础上分别制备了预应力钢纤维高强混凝土和预应力钢纤维硅灰高强混凝土特种轨枕；在５００ ｋＮ 伺服液压疲劳试验机上测试了三个系列轨枕疲劳荷载时裂缝宽度和高度的变化规律．研究结果表明，由于钢纤维的阻裂效应，显著提高了高强混凝土轨枕的抗疲劳性能；再因硅灰的填充效应、微集料效应和火山灰效应改善了高强混凝土内部的微观结构，尤其是界面结构， 使预应力钢纤维高强混凝土轨枕的抗疲劳性能进一步提高．该轨枕不仅可用于特殊应力下承担复杂荷载，而且可带裂缝工作．

新型钢枕轨道结构受力特性影响因素分析

针对轨道过渡段基础沉降引起的轨道不平顺问题,提出一种能够自动补偿基础沉降的新型钢枕。为研究新型钢枕轨道结构参数对轨道结构受力特性的影响,基于有限元法,建立新型钢枕轨道-路基空间耦合模型,分析轨下胶垫刚度、钢枕间距以及道床弹性模量等参数对钢枕轨道结构受力特性的影响规律。研究结果表明:轨下胶垫刚度对钢轨受力特性的影响最为显著,随着轨下胶垫刚度的增大,钢轨的受力与变形均随之减小,但同时钢枕、道床和路基的受力与变形有所增大;减小钢枕间距能够减小轨道结构受力与变形,但钢枕间距太小会加大对道砟捣固的作业难度,增加养护维修工作量和维修成本;增大道床弹性模量可以减小轨道结构变形,但同时增大了钢枕和道床的受力。建议对轨下胶垫刚度、钢枕间距和道床弹性模量等参数综合考虑后合理选取。

基于ANSYS的隧洞钢模台车轨枕的设计

简要阐述了隧洞钢模台车的结构,并分析了台车工作的不利工况,计算了衬砌台车、进出货物列车和连续皮带机作用于轨枕上的载荷,设计了由横担、立柱以及钢轨组成的轨枕部分,最后利用有限元软件ANSYS对轨枕进行了结构分析。

钢棒加强式轨枕道床的纵横向阻力试验研究

为了探究钢棒加强式轨枕的纵横向阻力机理、分担以及钢棒插入深度和砟肩宽度的影响规律,为川藏铁路长大坡道韧性和稳定性增强提供新方法,通过进行一系列纵横向阻力试验得到了钢棒加强式轨枕纵横向阻力的总体特性和分担情况;通过改变钢棒插入深度和砟肩宽度探究了两者对钢棒加强式轨枕纵横向阻力的影响规律.结果表明:与普通轨枕相比,钢棒加强式轨枕的纵横向阻力都有提高,当砟肩宽度为500 mm,堆高为0,钢棒插入深度为400 mm时,钢棒加强式轨枕纵横向阻力比肩宽为500 mm、堆高为150 mm条件下普通轨枕分别高39.2%和53.7%,枕底部分横向阻力分担比普通轨枕提升8%,纵向阻力提升26%;钢棒插入深度对道床阻力影响较大,在砟肩宽度为500 mm、堆高为0时,插入深度由100 mm变至400 mm,相较于普通轨枕肩宽为500 mm、堆高为150 mm的工况,纵向阻力增幅由5.1%变至39.2%,横向阻力增幅由6.1%变至53.7%;砟肩宽度变化时,纵向阻力变化较小,横向阻力变化较大.

一种新型钢筋桁架轨枕技术的研究

研究目的:为解决城市轨道交通无砟轨道中常用短轨枕和长轨枕存在的固有不足,通过研究提出一种新型钢筋桁架轨枕结构。借鉴高速铁路双块式轨枕的技术经验,结合城市轨道交通工程的实际情况,在力学计算分析的基础上,提出合理的钢筋桁架轨枕结构型式尺寸及设计技术要求,从而为城市轨道交通无砟轨道设计提供借鉴。研究结论:(1)为适应不同的制造条件,研究提出两种类型的钢筋桁架轨枕:单组桁架方案和双组桁架方案,单组桁架方案轨枕适用于利用目前城市轨道交通传统的轨枕制造技术制造,双组桁架方案轨枕适用于新建轨枕厂采用机械化流水线方式制造;(2)推荐的单组桁架方案轨枕结构为:一组钢筋混凝土轨枕块通过3根纵向主筋和横向、垂向连接钢筋组成的一组桁架连接成为整体,钢筋桁架埋设于轨枕块内,不伸出轨枕底部;(3)推荐的双组桁架方案轨枕结构为:一组钢筋混凝土轨枕块通过2组波纹形钢筋桁架连接成为整体,钢筋桁架上部钢筋埋设于轨枕内,下部伸出轨枕底部;(4)轨枕块的型式尺寸:轨枕块长540 mm,上宽260 mm,下宽280 mm,高度170 mm,采用C50钢筋混凝土结构;(5)通过力学计算分析,钢筋桁架轨枕在不同的荷载作用下,满足结构受力和变形要求;(6)研究的钢筋桁架轨枕在深圳市城市轨道交通三期工程的7、9、11号线中已大规模铺设,实施效果良好;(7)该研究成果可在城市轨道交通项目上推广应用。

大跨钢桥上合成树脂轨枕轨道受力特性及参数研究

与传统有砟轨道或无砟轨道相比,在大跨钢桥上铺设合成树脂轨枕轨道可大幅度减轻桥梁二期恒载,降低桥梁造价。根据大跨钢桥上合成树脂轨枕轨道的结构特点,建立有限元分析模型,对比分析合成树脂轨枕轨道和有砟轨道的受力特性,对树脂轨枕截面尺寸进行了研究。分析表明:在列车荷载作用下,合成树脂轨枕轨道中钢轨和轨枕的下沉较有砟轨道小,轨距变化量较大,但符合行车要求;树脂轨枕宽度、厚度和支承宽对轨道位移和轨距变化量影响较大,需考虑行车安全和经济性,结合桥梁结构设计方案综合确定。

高速铁路大跨度钢桥上树脂枕轨道方案研究

研究目的：为了研究树脂轨枕应用于高速铁路大跨度钢桥上的可行性,采用有限元方法建立树脂枕轨道结构模型,根据钢轨位移、应力、弯矩、扣件安装空间以及轨枕与桥梁间的连接空间等方面的要求,对树脂轨枕的高度、宽度、长度、支承间距、缓冲垫层刚度等进行分析研究,提出适合高速铁路大跨度钢桥上树脂轨枕的合理参数取值。研究结论：（1）轨枕宽度主要取决于其经济性和扣件安装空间,取200-300 mm即可满足轨道使用的力学要求;（2）轨枕高度对轨枕弯曲应力有较大影响,为保证部件可靠性,建议轨枕高度取210 mm及以上;（3）枕下横向支点间距对轨道刚度、轨枕弯矩、动态轨距变化量影响很大,树脂轨枕的支点应尽量贴近钢轨中心线,避免轨枕支点力作用在两支点间的悬空部分;（4）枕下缓冲垫层刚度对轨道垂向位移影响较大,为了防止轨枕的垂向位移过大,垫层刚度应保证在750 kN/mm及以上;（5）该研究结果可应用于高速铁路大跨度桥上轻型轨道结构设计中,为类似工程提供参考。

地铁不同轨道类型振动传递规律对比研究

研究目的:为克服现场试验对轨道结构振动传递规律评估时存在的误差较大、传感器测点的有限性等问题,并全面研究地铁轨道的动力响应及振动传递规律,采用有限元软件建立普通轨道、中等减振扣件轨道、梯形轨枕轨道、钢弹簧浮置板轨道4种不同轨道-隧道系统,模拟落轴冲击试验,进行不同轨道类型振动传递规律对比研究。研究结论:(1)普通轨道和中等减振扣件轨道的道床竖向振动加速度最大值明显小于梯形轨枕轨道和钢弹簧浮置板轨道,对于隧道壁的竖向振动加速度最大值,普通轨道、中等减振扣件轨道、梯形轨枕轨道以及钢弹簧浮置板轨道依次降低;(2)钢轨至道床的竖向振动加速度最大值以及动应力最大值传递率均为中等减振扣件轨道最小,普通轨道次之,梯形轨枕轨道和钢弹簧浮置板轨道最大;(3)道床至隧道壁的竖向振动加速度最大值以及动应力最大值传递率均为中等减振扣件轨道最大,梯形轨枕轨道和钢弹簧浮置板轨道明显小于普通轨道和中等减振扣件轨道;(4)本研究成果对地铁轨道设计、选型以及轨道结构优化具有借鉴意义。