连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道伸缩附加作用计算分析

为研究高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道伸缩附加作用,建立了线-板-桥-墩一体化非线性有限元空间力学模型,以某多跨连续梁桥为基本工点,计算了桥梁和轨道伸缩附加受力和变形规律,并分析了纵连底座板与桥梁间滑动层摩擦系数,以及底座板刚度折减变化对连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道受力和变形的影响.     

桥上纵连岔区无砟轨道受力及变形规律研究

研究目的:目前CRTSⅡ型板式无砟轨道在我国已建成的高铁线路中铺设较多,铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道的线路,桥上岔区一般铺设纵连道岔,为了研究桥梁和纵连道岔之间的相互作用规律,文章以京沪高铁天津南站桥上纵连岔区为例,建立岔-桥-板-墩一体化计算模型,分析岔区轨道在底座刚度、桥梁与轨道间摩擦系数以及列车制动位置对无砟轨道各部分受力及道岔的影响。研究结论:通过分析得出以下结论:(1)温度力作用下,底座刚度增加时,墩顶纵向力、底座轴力及道岔可动部分位移增大;底座与桥梁间摩擦系数增大时,底座轴力及道岔可动部分变形减小;(2)制动力作用下,底座刚度和摩擦系数增加时,底座轴力增加,墩顶纵向力及道岔可动部分位移减小;(3)本文对岔桥相互作用规律的研究结论,对桥上纵连岔区无砟轨道结构工程设计具有一定的参考意义。     

桥梁温度跨度对纵连底座板受力及配筋的影响

考虑轨道与桥梁相互作用特点,建立桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道空间力学模型,分析桥梁温度跨度对纵连底座板制动力和伸缩力的影响,根据不同桥梁温度跨度下的纵向力,按极限状态法对纵连底座板进行配筋设计。结果表明:当桥梁温度跨度小于482 m时,纵连底座板最大制动力随着温度跨度增加迅速增大,温度跨度超过482 m后纵连底座板的最大制动力趋于稳定;纵连底座板最大伸缩力随着桥梁温度跨度线性增大;纵连底座板配筋率增幅小于桥梁温度跨度的增幅。     

客运专线桥上纵连板式无砟轨道制动附加力影响因素分析

为了揭示各种因素对桥上纵连板式无砟轨道制动附加力的影响,为轨道和桥梁设计提供基础参数,运用空间有限梁单元理论,建立了桥上纵连板式无砟轨道线板桥墩空间一体化纵向力计算模型,并编制了相应的计算软件。运用所编制的计算软件,分析了扣件阻力、底座板与桥梁摩擦系数、道床板伸缩刚度以及底座板与桥梁固结机构对制动附加力的影响。结果表明:对16 kN/m的制动力,扣件阻力在16 kN/m及以上变化,钢轨、道床板及桥梁墩台的纵向力变化很小;增大底座板与桥梁间摩擦系数,墩台顶最大纵向力稍有增加,钢轨和道床板纵向力大幅降低;增大道床板伸缩刚度和取消底座板与桥梁间固结机构,有利于降低墩台顶最大纵向水平力。     

特殊工况下桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔温度力研究

为进一步研究桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔受力和变形的特点,分析了其在实际工程中常见的底座板发生收缩徐变、底座板存在施工温差和底座板断板三种工况下温度力的变化规律。基于梁轨相互作用关系,建立了"岔—板—桥—墩"一体化空间计算模型,利用有限元法,编制了相应计算程序。经计算分析表明,随着底座板收缩徐变的增大,基本轨温度力和伸缩位移增大;随着底座板施工温差的增大,基本轨温度力和伸缩位移有较大的增长;底座板断板后,会显著增大岔区基本轨温度力和伸缩位移。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板屈曲分析

根据桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构特性,利用有限元分析方法,采用梁单元模拟钢轨,实体单元模拟轨道板、底座板和桥梁,弹簧单元分别模拟砂浆填充层和滑动层,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力计算模型。基于现场测量的底座板厚度资料和桥梁资料,计算出模型中各单元参数值。利用当地气温资料和轨道机车类型,得到最大温升和列车制动力值,计算出温度荷载和列车制动荷载作用下底座板厚度不足处纵向力值。分析温度荷载和列车制动荷载对底座板厚度不足处屈曲的影响。     

桥上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道断轨力作用下梁轨相互作用影响分析

桥上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道在运营过程中由于温度跨度和温度力较大,钢轨受力大而存在断轨危险。利用有限元软件建立了线-板-桥-墩一体化分析模型,研究断轨力作用下梁轨相互作用的影响。结果表明:非折断钢轨、常阻力扣件、轨下基础对折断钢轨的收缩具有约束作用,使得相同位置处同线及邻线非折断钢轨受到较大的附加拉力,同时断轨力对钢轨强度及断缝值影响较小;检算底座板强度及端刺位移时,根据经验将轨道板、底座板的纵向伸缩刚度折减系数取0.3;对不同部件进行强度检算时应首先确定其最不利断轨位置。     

武广铁路客运专线雷大桥特大桥道岔区板式无砟轨道设计研究

道岔板上桥乃属世界首例,国内及国外道岔区都没有采用过此结构,武广客运专线雷大桥特大桥整桥采用纵连底座板道岔板上桥结构设计弥补了CRTSⅡ型板设计上的空缺。基于有限单元法的桥上无缝道岔设计计算理论,分析了桥上纵连底座板式道岔区板式无砟轨道道岔和桥梁等的受力与变形规律,从设计上和理论上论证了道岔板上桥的可行性,对今后CRTSⅡ型板在国内推广使用具有一定的借鉴意义。     

温度荷载下纵连式无砟轨道梁轨耦合作用规律

研究目的:温度荷载下梁轨耦合作用规律是桥上铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道的基础,本文针对简支梁和连续梁,建立多钢轨、整桥系统的计算模型,对其梁轨耦合作用规律及其影响因素进行较为全面、细致的分析,以期为桥上纵连板式无砟轨道无缝线路的设计、施工及后期养护维修提供参考。研究结论:(1)纵连板的钢轨伸缩力与梁跨布置没有明显的映射关系,近似呈对称分布,这主要是由轨道板的位移分布特点所决定的;(2)底座板是梁轨系统中的关键部件,其伸缩影响着系统其他部件的受力与变形,端刺为底座板的锚固装置,其刚度直接决定着底座板的伸缩位移大小;(3)受梁板相对位移的影响,滑动层、"两布"隔离层、端刺产生的纵向力均会引起底座板纵向力的变化,变化幅度近似为其摩阻力或纵向力;(4)降温工况下,钢轨、轨道板、底座板三层纵连结构受桥梁伸缩的影响不大,但在剪力齿槽处波动较大;(5)滑动层摩擦系数是轨道结构中极其重要而又难以监控的参数;增大CA砂浆粘结力对轨道结构受力有利,建议严控施工质量;(6)该研究结论对纵连板式无砟轨道设计优化理论和工程实践具有一定的指导意义。     

军粮城北站桥上岔区纵连底座结构设计研究

研究目的:津秦客运专线军粮城北站位于塘沽西跨京津塘高速公路特大桥上且一般地段采用底座纵向连续的CRTSⅡ型板式无砟轨道结构,岔区采用连续的小刚架结构,这要求在连续小刚架桥上铺设底座纵连的无缝道岔。为了解决岔区底座纵连带来的一系列结构受力复杂问题,需对无砟道岔、道岔板和桥墩进行建模和受力分析,以用于指导结构设计。研究结论:本文通过对钢轨、道岔板和底座、梁体及墩台建立完善的线桥墩一体化模型进行分析,得出了纵连底座结构受力特性,纵连底座主要受到温度力和制动力作用。采用纵连底座刚度折减理论和极限状态设计方法是对前人桥上岔区底座结构研究的有力补充,为以后类似的工程提供了借鉴。     

客运专线桥梁挠曲变形对CRTSⅠ型板式无砟轨道结构受力影响分析

对列车荷载通过桥梁而梁体发生挠曲变形时,CRTSⅠ型板式无砟轨道结构受到的附加挠曲力进行分析。首先推导了桥梁挠曲变形对无砟轨道结构受到的附加挠曲力的计算方法,然后分别对我国时速300～350km、200—250km的几种主要桥梁、上CRTSⅠ型板式无砟轨道的轨道板和底座板受到的附加挠曲力进行计算,为CRTSⅠ型板式无砟轨道的结构设计提供参考。     

长昆客运专线涟水特大桥轨道结构设计方案研究

对长昆客运专线涟水特大桥(60+3×100+60)m连续梁上轨道结构进行研究,提出不同轨道结构设计方案,并通过相关调研及计算分析,得出适宜于涟水特大桥上的轨道结构设计方案。采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构时,需设置钢轨伸缩调节器;若设置钢轨伸缩调节器,将增加工务部门养护维修工作量,应减少钢轨伸缩调节器的设置;采用CRTSⅡ型板式无砟轨道时,可不设置钢轨伸缩调节器。结论:涟水特大桥设计采用CRTSⅡ型板式无砟轨道结构。     

大跨连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道线路维护的力学影响

建立一种桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力学模型,取消部分区段的扣件纵向阻力以模拟维护作业对轨道和桥梁受力的影响。利用所建力学模型对一座80 m+128 m+80 m大跨度连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道松开扣件进行线路维护作业的纵向力变化进行分析,结果发现:钢轨纵向力最大变化值为64.82 k N,相当于轨温变化3.38℃产生的温度力;底座板纵向力最大变化值为52.75 k N;剪力齿槽和桥梁固定支座的纵向力变化均在20 k N以下。松开扣件维护作业对钢轨、底座板、剪力齿槽和固定支座的强度影响可承受,按现行《高速铁路无砟轨道线路维修规则》对大跨度连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道松开扣件进行维护作业是可行的。     

列车竖向荷载下CRTSⅡ型板式无砟轨道结构受力特性试验研究

采用1∶1足尺模型对列车竖向静荷载作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道结构受力特性进行试验,并对CRTSⅡ型板式无砟轨道梁板和梁体理论分析模型进行验证。按实际工艺在实验室内建造一段CRTSⅡ型板式无砟轨道,通过试验机和分配梁模拟同一转向架2个轮对的竖向荷载,利用应变片、应变计、压力盒和位移计等测试元件,对钢轨、轨道板、水泥乳化沥青砂浆和底座的受力与变形进行测试。根据无砟轨道梁板和梁体理论,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道结构有限元分析模型,对轨道结构在相同荷载工况下的受力与变形进行理论分析。将试验结果与计算结果进行对比,验证CRTSⅡ型板式无砟轨道梁板和梁体理论模型的正确性和适应性。     

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型板式轨道假缝开裂对轨道受力的影响分析

为分析CRTSⅡ型板式无砟轨道假缝开裂对轨道受力性能的影响,以桥上Ⅱ型板式无砟轨道为例建立模型,应用有限元法,计算分析不同数量和不同深度的假缝裂缝在不同荷载作用下对Ⅱ型板式轨道受力性能的影响。结果表明,对比列车荷载和温度梯度的影响,正温度梯度作用下,假缝开裂对轨道结构的受力影响最大,裂缝深度小于200 mm时,裂缝处混凝土会发生局部受压破坏;裂缝深度达到200 mm时,开裂会导致底座板和砂浆层的连带破坏;随着开裂数量的增加,砂浆层和底座板的应力峰值减小。不同荷载作用下,假缝开裂都会导致裂缝处纵连钢筋应力的突变,但不会导致纵连钢筋的屈服破坏。     

CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构优化设计研究

针对CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构特点,提出技术合理,经济性好的优化设计方案。对传统和优化后的CRTSⅠ型双块式无砟轨道在各种荷载作用下的结构受力进行计算对比分析,为优化设计方案提供理论指导。研究结论:(1)优化后的CRTSⅠ型双块式无砟轨道可应用于高速铁路、城际铁路项目;(2)通过轨道结构受力计算可知,在列车荷载作用下,路基地段优化后道床板弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道减少,底座弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道增加;桥梁地段优化后道床板弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道增大,增大幅度不大。单元式结构道床板在整体温度荷载作用下受到的轴力可大幅度减小。     

地震作用下高速铁路FPS隔震桥梁无砟轨道力学特性参数研究

为了准确分析地震作用下高速铁路FPS隔震桥梁无砟轨道的纵向力学特性,以一典型5跨FPS隔震简支梁桥为对象,建立基于CRTSⅡ型板式无砟轨道的线桥一体化模型;应用非线性时程方法分析无砟轨道的纵向力学特性并进行参数研究。研究结果表明:地震作用下,梁端的轨道纵向力要大于梁中间位置;滑动层与剪力齿槽的设计能减小底座板与梁面的纵向相互作用,且道床板纵连能分散从梁面传来的纵向力,使CA砂浆及扣件的纵向力降低;FPS摩擦系数、支座半径、滑动层摩擦系数、剪力齿槽刚度对轨道纵向力有较大影响,在高速铁路FPS隔震设计时,应综合考虑各参数对Ⅱ型板纵向地震受力的影响,在保证正常运营的同时,减小Ⅱ型板纵向地震受力,防止轨道发生纵向破坏。     

CRTSⅡ型板式轨道砂浆快修对轨道结构受力性能的影响分析

以CRTSⅡ型板式无砟轨道结构为研究对象,结合现有的砂浆快修技术,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道快修砂浆的力学模型,采用有限元方法,计算列车荷载单独作用、正温度梯度和列车荷载共同作用以及负温度梯度和列车荷载共同作用3种工况下轨道板的最大拉、压应力,砂浆层最大垂向压应力和快修砂浆层以及轨道板的最大垂向位移。计算结果表明,在各种荷载的作用下,快修砂浆处的轨道结构受力均能够达到正常投入使用的标准,并且快修砂浆的应力值未超过其2 h强度值3 MPa,因此不需要对维修的轨道进行临时支护。     

高速铁路长大桥梁CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道无缝线路影响因素分析

研究目的:当大跨度连续梁桥上铺设了CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构之后,其梁轨相互作用机理更加复杂,原有的计算方法、计算模型及设计参数可能不再适用。针对既有研究的不足,本文基于有限元方法建立纵横垂向空间耦合模型,对道床板和底座板年温差、扣件纵向阻力、橡胶垫板弹性模量和隔离层摩擦系数等设计因素的影响规律进行计算与分析,为高速铁路长大桥梁CRTSⅠ型双块式无砟轨道无缝线路的设计参数的选择提供参考。研究结论:在进行设计与检算时,应根据不同地区的实际情况分别选取当地不同的年温差作为道床板和底座板的温差取值;通过在桥上采用小阻力扣件,可以明显降低钢轨最大纵向附加力及轨道结构的受力,但当扣件纵向阻力较小时,在长大桥梁的梁端处,扣件的爬行量较大,需要重点加以关注;在限位凹槽周围侧面应设置高弹橡胶垫板;道床板和底座板之间应尽量采用较小摩擦系数的隔离层。