Stress on Ballast-Bed and Deterioration of Geometry in a Railway Track

In Greece extended cracking of twin-block concrete sleepers （ties） and fouling of the ballast-bed were observed with implied problems of gauge widening and deterioration of track＇s geometry. This led to a ten-year investigation program, during which a new method was developed for the estimation of actions on track panel as well as of the pressures / stresses that develop under the seating surface of the sleeper on the ballast-bed. Results from the tests performed on the ballast used in the Greek network are also presented, conducted in laboratories in France, Austria, and Greece. The influence of the actions -static and mainly dynamic- on the track response and the stress and strain of the ballast-bed are also discussed as derived from the tests and theoretical analysis.

重载铁路18号道岔聚氨酯固化道床力学特性

针对重载铁路道岔区枕下道床受力及轨下道床位移不均匀的问题,基于多体动力学和有限元方法,建立列车-道岔-路基模型,在全固化断面及轨下梯形固化断面道床的基础上,根据道岔区道床各位置的受力分布,提出了一种新的聚氨酯固化形式。对比分析列车直向和侧向过岔工况下,采用三种固化道床及碎石道床时道岔区关键断面的枕下道床应力和左右侧轨下道床位移差。根据各区域枕下道床受力特性,转辙部分采用轨下梯形断面固化方式,连接部分采用全断面固化方式,辙叉部分采用全断面多级固化设计。结果表明:设计的聚氨酯固化道床应力分布更均匀,左右侧轨下位移差较小;对辙叉区改善最显著,与碎石道床相比,直向与侧向过岔时道床应力分别降低41.11%、39.57%,左右侧轨下道床位移差分别降低28.43%、90.73%。

基于有限元方法的重载铁路有砟轨道力学分析

随着我国铁路运输系统的快速发展,为解决重载列车的安全运行对轨道更高强度要求的问题,本文采用有限元软件建立了包含轨道、轨枕、道床、土体的重载铁路轨道的仿真模型,在验证了有限元模型可靠性的基础上,分析了轨道应力应变分布规律;研究了不同的轴重参数、道床参数、轨枕参数对重载铁路轨道受力影响。结果表明:列车载荷作用时,两根轨道的应力分布基本相同;列车轴重增大,轨道最大应力和竖向位移不断增大;随着轨枕弹性模量增大、轨枕间距减小、道床厚度和弹性模量增大时,轨道最大应力和位移逐渐减小。

武广高铁无碴轨道路堑基床长期动力稳定性评价

基于室内疲劳动力试验所获得的临界动应力、疲劳动剪应变门槛及现场动响应测试成果,采用临界动应力法和动剪应变法,评价武广(武汉—广州)高速铁路无碴轨道红黏土路堑基床的长期动力稳定性,给出同时满足动强度和动变形条件的最小基床换填厚度理论值。综合考虑铁路路基构造要求、实测路基动响应影响深度、红黏土特殊工程性质、安全储备等因素,给出便于工程应用的红黏土基床最小换填厚度建议值,探讨含水比、围压对红黏土基床换填厚度的影响规律。研究结果表明:换填厚度随含水比的增大而增大,随围压的增大而减小;若路基满足动变形条件,则动强度条件就自动满足;动变形是高铁无碴轨道路基长期动力稳定的控制因素;动剪应变法是一种优于临界动应力法的高铁无碴轨道路基长期动力稳定性评价方法。

简支梁桥上Ⅰ型板式无砟轨道制动力与位移分析

基于有限元法,建立多跨简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,研究列车制动荷载作用下钢轨、轨道板及底座板的受力与变形特性,并对相关影响参数进行分析。研究结果表明:在制动荷载作用下,钢轨制动力的峰值出现在两端桥台及中间活动支座上方,钢轨的纵向位移呈现先增后减的趋势,在中间活动支座达到最大值,钢轨和轨道板的纵向伸缩趋势基本一致,表明扣件起到了很好的约束作用;制动力加载方式对轨道结构纵向力及位移有较大影响,在紧急情况下,应尽量避免两列列车同时在桥上同向制动,以免钢轨承受过大的拉力,防止因相对位移过大而导致扣件失效;采用小阻力扣件对桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道的受力是有利的,但要充分考虑轨板相对位移不能过大,保证钢轨在桥台处的爬行能够得到有效控制;随着桥墩纵向刚度的增大,轨道结构的受力随之减小,因此,为改善桥上轨道结构的受力条件,在可能的情况下,应尽量采用纵向刚度较大的低墩桥。

基于早期温度应力的道床板施工方式

建立考虑水化热、混凝土收缩和弹性模量等时变参数的双块式无砟轨道道床板早期温度应力瞬态分析有限元模型,分析道床板内部水化热与外部环境温度共同作用下的道床板早期温度应力分布特征,比较不同施工季节、浇筑时刻以及钢模支撑条件对道床板早期温度应力的影响。研究结果表明:道床板早期温度应力受水化热和外界环境温度影响较大,内部应力主要受控于水化热,表面应力主要受控于环境温度,轨枕侧边是容易产生早期温度裂缝的薄弱环节。在施工温度降低条件下,道床板侧边和顶面容易产生裂纹。为减少混凝土早期裂缝的开展,应选择在傍晚时分浇筑混凝土,适当延长拆模时间,气温较低时拆模至少为3 d后,浇筑温度较高时拆模至少为4 d后。

高地应力水平层状Ⅲ级围岩隧道支护结构变形控制措施研究与实践

为解决成昆铁路复线保安营1号隧道水平层状Ⅲ级围岩支护结构变形破坏问题,采用现场调查、测试与数值模拟等方法,对高地应力环境下砂岩、页岩互层的水平层状Ⅲ级围岩支护结构变形机理及控制措施进行了研究分析。研究结果表明,保安营1号隧道开挖后周边围岩出现塑性区域,拱顶以上塑性区深3.5 m左右,边墙两侧3.0 m左右,仰拱以下塑性区深4.0 m左右,且仰拱底部围岩表现为剪切破坏;高地应力环境下近水平、中薄和软硬相间的Ⅲ级围岩发生弯曲变形是引起支护结构变形、开裂的主要原因;控制变形的主要措施为加强初期支护刚度,二次衬砌采用钢筋混凝土结构,系统锚杆可仅设置于拱部及仰拱,单根长度不小于5 m;保安营1号隧道采用以上措施施工后变形控制效果显著,可为类似工程提供参考。

掺加碳纤维和石墨粉对整体道床轨枕端部温度应力影响研究

基于西北地区的实际环境条件,对掺加改性材料与普通混凝土整体道床轨枕端部的温度应变进行了试验检测;将试验测得的应变值进行温度修正后,通过温度应力计算理论,计算了整体道床轨枕端部在凝结硬化阶段至180 d龄期温度变化过程中的温度应力,总结凝结硬化阶段后至180 d龄期内轨枕端部温度应变与应力分布规律,进而研究碳纤维和石墨粉共同作用对整体道床轨枕端部温度应力的影响。结果表明:混凝土中掺入一定量的碳纤维和石墨粉确实能起到减小道床轨枕端部温度应变与应力的作用,可为西北大风干燥条件下整体道床轨枕端部变形与已有裂缝的防治提供参考。

旋流流化床数值模拟及颗粒运动分析

对单旋流和双旋流两种结构的流化床内部流场进行了分析,采用欧拉多相流模型研究了流化床内颗粒的分布状态和速度大小分布等,对比观察两种结构的颗粒簇的轴向爬升特性以及死区分布,结果表明双旋流结构流化床内颗粒的流化程度更好,颗粒分布更加均匀稳定。并采用Fluent耦合离散元分析软件EDEM分析了两种结构的颗粒运动特性,发现颗粒轴向运动呈现加速与减速交替,双旋流结构流化床的流化性能更优,可以使颗粒更快达到稳定状态。

列车动力荷载下聚氨酯固化道床设计参数分析

基于多体动力学和有限元仿真方法,提出一种考虑行车荷载的聚氨酯固化道床仿真分析方法。以碎石道床作为对比,分析聚氨酯固化道床的应力特征及传递特性,并研究聚氨酯固化厚度对道床力学特性的影响。研究结果表明,聚氨酯固化道床的应力和路基顶部应力均小于碎石道床,其道砟颗粒能够更好地协同作用,道床应力分布更均匀,道床内应力及传递到路基的力更小;相比碎石道床,聚氨酯固化道床厚度设计值可调节范围更大,可减小至25 cm。

整体和浮置式道床隧道结构动应力计算分析

利用ANSYS有限元软件,建立了整体道床和浮置板道床情况下隧道结构三维模型,通过对应实测轮轨力的输入,计算得到2种道床下隧道下层结构动应力的分布情况和大小。结论是,浮置板道床对于下层隧道结构动应力影响相较于整体道床小很多,且无论横向还是纵向动应力分布都更加均匀合理。从长远来看,钢弹簧浮置板轨道结构在满足减振降噪的功能前提下,可以有效减小轮轨力造成的隧道结构附加沉降。

基于新老混凝土粘结性能的道床翻修力学分析

针对无轨枕现浇整体道床式地铁轨道的道床翻修工程,提出一种基于新老混凝土粘结性能的整体剪断方法.此方法通过使用合理的剪切力直接破坏道床混凝土和盾构片之间的粘结,从而实现道床与盾构片的整体分离.首先根据经验公式计算出剪应力的大小,然后利用有限元模型,同时考虑材料、大变形和接触等非线性因素,对此过程进行模拟,最终证实了该方法的有效性.

单元双块式无砟轨道对隧底上拱变形的适应性研究

针对隧底结构上拱变形容易导致双块式无砟轨道产生离缝或裂纹的问题,提出单元式道床板结构。采用双线性内聚力模型,计算分析隧底上拱条件下单元式道床板与隧底仰拱回填层之间黏结作用和预埋钢筋对轨道结构受力、变形以及层间状态的影响规律,并与纵连式道床板进行对比。结果表明:对于单元式道床板,层间黏结作用可有效抑制离缝的产生,黏结附加力使得道床板拉应力略有增大;层间初始黏结作用良好条件下预埋钢筋对轨道结构受力及变形影响不显著,上拱幅值过大使得层间黏结失效后预埋钢筋可改善层间状态。与纵连式道床结构相比,单元式道床板应力水平明显降低,离缝范围较小,层间离缝主要位于上拱中心板端位置。

考虑地面动荷载的地铁运行隧道结构安全分析

为研究地铁开通运行后对地面建构筑物的影响及上部铁路动荷载情况下对地铁隧道结构的影响,采用理论计算和数值模拟相结合的方法,对南京地铁4#线下穿京沪高铁联络线和宁芜铁路路基段进行了探讨和分析,研究了地铁运行震动和铁路机车动荷载情况下地层的动应力分布及变化规律,进一步分析运行状态下两者的相互影响情况。结果表明:高铁震动引起的土体动应力较大,并对隧道结构产生不利影响,高铁列车通过隧道上方时隧道顶部加速度的变化幅值明显变大,说明隧道管片对高铁列车运行产生的动荷载较为敏感,相比之下对普通列车产生的动荷载的敏感性不强。为确保地铁运行后结构的安全,隧道在设计时采取了安设高强度螺栓,浮置板道床以及在管片上增设注浆孔等工程措施。