考虑黏结滑移关系的连续道床板伸缩刚度计算方法

连续道床板在降温和自身收缩情况下容易出现裂缝,从而造成伸缩刚度的折减,不同裂缝间距时的伸缩刚度差别很大,而伸缩刚度又是连续道床板温度力计算的重要参数。考虑钢筋与混凝土间的黏结滑移关系,建立一种连续道床板伸缩刚度计算方法,对不同裂缝间距情况下的钢筋和混凝土应力、黏结阻力以及伸缩刚度进行研究,对黏结阻力型式、混凝土强度等级和配筋率对伸缩刚度的影响进行参数研究。研究结果表明:即使在一定的裂缝间距情况下,伸缩刚度也并非一定值,而是随荷载增大而逐渐降低的变量,混凝土强度等级对伸缩刚度折减的影响较小,配筋率影响较大,检算过程中可根据裂缝间距增加一定的边界条件即可得到不同温度条件下的应力与刚度分布。     

连续道床板温度应力计算方法研究

基于不完全裂缝的假设推导了连续道床板开裂后的钢筋应力、裂缝宽度、裂缝间距的计算方法。研究表明,当裂缝为不稳定裂缝形式时,混凝土收缩和降温作用下的裂缝最大宽度相同,与混凝土抗拉强度、钢筋直径成正比,配筋率越高,裂缝宽度越小,与降温幅度或收缩值无关。降温情况下的钢筋最大应力与混凝土抗拉强度成正比,混凝土收缩情况下的钢筋最大应力较等效降温情况下低Esεsh。在降温和混凝土收缩等效降温情况下的最大裂缝间距相同。该计算方法可作为我国客运专线连续式无碴轨道的设计参考。采用高强度等级混凝土的情况下应适当提高配筋率以保证必要的安全性。     

双块式无砟轨道裂纹对结构受力特征的影响分析

建立了含初始裂纹的CRTSⅠ型双块式无砟轨道空间有限元实体模型,对无砟轨道的受力特性进行研究,为无砟轨道的优化设计及其养护维修提供一定的理论基础。综合考虑列车荷载和温度应力的共同作用,求出了裂纹张开量和道床板纵向钢筋应力,并分析了裂纹深度和道床板配筋率对裂纹张开量和道床板纵向钢筋应力的影响。得出结论:(1)在列车荷载和整体温降共同作用下,无砟轨道道床板裂纹深度对裂纹张开量和裂纹处道床板下层纵向钢筋应力的影响不明显;(2)在满足最小配筋率的前提下,道床板配筋率对无砟轨道道床板裂纹张开量没有影响;在列车荷载和整体温降共同作用下,道床板配筋率对裂纹处道床板下层纵向钢筋应力的影响也不明显。     

连续道床板温度应力计算方法及参数分析

基于不完全裂缝的假设推导了降温时连续道床板的钢筋应力、裂缝宽度、裂缝间距计算公式,应用计算公式进行了参数分析。研究表明,为控制裂缝宽度在容许限度范围内应将裂缝控制为不稳定裂缝形式,采用变形钢筋;对于配筋率为0.8%、采用C40混凝土的道床板,钢筋直径宜为18~25 mm;当钢筋直径为20 mm时,配筋率应达到0.73%以上;采用高强度混凝土或滑模施工时应相应提高配筋率;由于涂层钢筋对裂缝宽度的影响较大,设计、施工中应尽量避免采用涂层钢筋。     

双块式无砟轨道裂纹对道床板受力的影响分析

基于路基上双块式无砟轨道的计算力学模型,针对道床板不同宽度和深度情况下的表面裂纹和贯通裂纹,分析在列车荷载作用下道床板开裂前后对道床板受力性能的影响以及在轴向温度荷载作用下含裂纹的道床板受力情况。结果表明,在列车荷载作用下,含裂纹的无砟轨道与无裂纹的无砟轨道相比,道床板混凝土应力有小幅度增加,纵向钢筋应力随裂纹深度的增加而逐渐增大;在轴向温度荷载作用下,随着裂纹宽度的增大,道床板混凝土拉应力及钢筋应力变化较小。     

路基上双块式无砟轨道道床板空间力学特性研究

研究不同荷载作用下,高速铁路路基上双块式无砟轨道道床板空间力学特性。钢轨及道床板中钢筋用梁单元模拟,道床板、双块式轨枕、支承层以实体单元模拟,钢轨与道床板、道床板混凝土与钢筋、支承层与路基之间的连接用弹簧单元模拟,建立了可考虑混凝土开裂的路基上双块式无砟轨道三维有限元力学模型,分析了自重荷载、列车垂向荷载、不沉匀沉降荷载、温度梯度荷载作用下道床板的空间力学特性。结果表明:温度梯度荷载对混凝土纵、横向拉应力的影响最为显著;在列车荷载、不均匀沉降及温度梯度荷载作用下,钢筋纵向拉应力均超过了20 MPa;不同荷载作用下,支承层厚度、支承层弹性模量、道床板厚度等参数变化对混凝土和钢筋力学特性的影响不同;混凝土和钢筋纵向拉应力随着道床板裂缝间距的增加而增大。     

双块式无砟轨道连续道床板裂纹修复材料性能分析

双块式无砟轨道在外界荷载作用下,连续道床板容易开裂形成裂纹,裂纹的产生会降低道床板的耐久性和承载能力,影响双块式无砟轨道在服役期间的使用与安全性。当连续道床板出现裂纹时,应该采取措施来维持双块无砟轨道的正常的使用和耐久度。基于有限单元法,建立含道床板贯通裂纹的双块式无砟轨道梁体模型,分析最不利荷载作用时所适合的修补材料,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:不同宽度裂纹对维修材料性能要求不同,随着裂纹宽度的增加,材料所受到的拉应力越小,越小宽度的裂缝对材料的延伸率要求越高。     

温度和列车荷载作用下弹性支承块式无砟轨道道床板配筋率计算

建立了道床板分别在温度力裂缝宽度控制及列车动荷载作用下的道床板有限元计算模型,计算了道床板在分别受温度力裂缝宽度控制及列车荷载作用下应力、弯矩,计算了混凝土道床板在不同裂缝宽度控制下的所需的配筋率,并根据计算结果绘制这二者双重作用下的道床板配筋布置图.     

现浇道床板弹性模量变化对结构的影响分析

长枕埋入式无砟轨道的道床板为现浇,在长枕与道床板的结合部易产生裂缝.为分析现浇道床板弹性模量对轨道结构的影响,本文建立了实体有限元模型,研究了在竖向力、横向力和纵向力作用下,开裂与不开裂二种状态下的受力情况,进而得出弹性模量对结构应力和位移的影响,得到不开裂情况下弹性模量变化对结构影响不大,而开裂情况下则有一定的影响.     

南京地铁2号线东延高架线路U型梁结构计算及试验

对南京地铁2号线东延高架线路采用的U型梁进行结构计算,以及1:1静载试验和1.9 m模型梁试验.结果表明:在设计荷载下,跨中处道床板底部的横向拉应力超过C55的极限抗拉强度.建议适当增加道床板底部的横向配筋率.静载试验中,各加载工况下的U型梁纵向裂纹发展满足规范要求.模型梁试验结果表明,钢筋在设计寿命内不会发生疲劳失效.从裂缝控制角度而言,U型梁等效运营时间大于33年.     

杭州市秋涛路地铁车站深基坑钢支撑轴力监测与分析

通过对杭州市秋涛路地铁车站深基坑工程钢支撑轴力进行监测,分析了基坑在施工过程中轴力的变化规律。分析结果表明：在基坑开挖过程中,每道支撑架设后其轴力一般是逐渐增大,当其下的一道支撑开始受力时该道支撑轴力达到最大值,并随着各道支撑间的应力调整逐渐趋于稳定,部分支撑轴力的最大值出现在回筑阶段换撑的过程中。标准段除第1道支撑设计偏于不安全外,其它各道支撑实测轴力最大值约为设计值的20%～70%,各道支撑竖向间距设计不合理;端头井支撑实测轴力最大值约为设计值的30%～50%,设计值偏于保守,远小于设定的警戒值。     

基于等寿命设计理念的CRTSⅢ型板式无砟轨道配筋优化

针对非预应力轨道板在CRTSⅢ型板式无砟轨道上的适应性开展研究,将组成复合道床板的普通钢筋混凝土轨道板与自密实混凝土层考虑为等寿命的结构层,基于极限状态法对复合道床板进行配筋设计。考虑列车荷载、温度荷载和基础变形的共同作用,确定自密实混凝土层配筋,轨道板配筋时还需考虑其在制造、运输和施工时的受力状态。计算结果表明:自密实混凝土层纵向钢筋由耐久性要求确定,横向钢筋按照最小配筋率进行配筋即可满足要求;理论计算得到的轨道板下层纵、横向钢筋还需根据构造要求进行相应调整;与现有普通钢筋混凝土轨道板对比,优化后的轨道板配筋节约18.4%,复合道床板整体配筋节约4.4%。研究结果可为普通钢筋混凝土CRTSⅢ型板式无砟轨道技术在温暖地区推广使用提供理论支撑。     

双块式无砟轨道与配筋混凝土路面结构设计研究

研究目的:双块式无砟轨道是在连续配筋混凝土路面工程的基础上发展而来的,深入分析配筋混凝土路面的结构设计,对比双块式无砟轨道的结构设计,从而为高速铁路双块式无砟轨道的结构设计提供参考。研究结论:连续配筋的混凝土路面结构纵横向没有伸缩接缝,但由于温度荷载会使在自由端部的75m范围内发生总量大约3～5cm的位移,故在端部通常采用锚固装置或多处设胀缝的设施,将端部位移逐步分散、消失。连续配筋的混凝土路面的裂缝宽度以不严重渗水为好,一般应小于0.6mm,低温下应不大于1.0mm;配筋率约为0.5%～0.8%,钢筋一般采用单层布置。路面板铺设在沥青处理的基层或整平层上对控制横向裂缝较好。德国双块式无砟轨道配筋率为0.8%～0.9%,裂缝设计控制宽度为0.5mm,裂缝间距为2m左右,钢筋采用单层配筋,设置在道床板的中下层。我国CRTSⅠ型双块式无砟轨道为使道床板能够承受更大的弯矩变形,道床板厚度设计为260mm,并采用双层配筋的方式。     

城市轨道交通U型梁车桥动力响应分析

运用车桥耦合振动理论分析了城市轨道交通高架桥U型梁车桥振动响应。计算分析了不同编组列车和车速下,U梁位移动力系数、总体应力动力系数、道床板局部应力动力系数、道床板横向应力的空间分布特点及列车过桥的平稳性。计算结果显示,位移动力系数随车速增大而增大,但数值较小;应力动力系数大于位移动力系数,空重混编计算结果较大,其他编组差异很小,随车速变化无明显规律;道床板局部应力动力系数呈梁端大、跨中小,与腹板相交处大、道床板中心处小的分布规律;梁端道床板与腹板相交处横向负弯矩变化率较大,且幅值较大,易发生疲劳损伤而顶面开裂。分析结果表明,不能用位移动力系数定义U梁应力动力系数,建议采用总体和局部应力动力系数进行承载力设计。分析比较各舒适度评判标准,建议用ISO2631标准评价城市轨道交通旅客乘坐舒适度。     

温度和列车动荷载作用下双块式无砟轨道道床板损伤特性研究

采用混凝土损伤塑性模型描述双块式无砟轨道道床板的力学行为,以变温作用下道床板最大损伤状态作为初始条件、车辆—双块式轨道耦合动力分析得到的各钢轨支点压力作为轨道路基的外部激励,进行变温和列车动荷载共同作用下道床板损伤的演变规律及道床板损伤对结构受力影响的研究.结果表明:在降温过程中道床板会发生横向弯曲变形,产生损伤,导致受拉承载力下降;在升温过程中由于降温导致的道床板拉伸损伤不可恢复,所以道床板损伤值不变,最终保持在0.23左右,但刚度出现恢复现象;车辆经过已损伤的道床板时,道床板内部裂纹交替张开与闭合,刚度出现短暂的部分恢复阶段,刚度退化系数最大幅值为0.057,而道床板损伤值不变,且道床板的位移和加速度幅值、支承层与基床表面的动应力幅值均比无损伤时增大,拉应力幅值减小;损伤塑性模型能很好地反映道床板混凝土的软化及刚度退化行为.     

轨道交通槽形梁试验研究

介绍了跨径为29.26 m的预应力槽形梁足尺模型试验,并将试验结果与有限元分析结果进行了对比。分析表明:槽形梁道床板的收缩可按道床板降温30℃计算;道床板的剪力滞效应与理论计算相符;槽形梁的抗扭能力较弱;道床板的收缩和徐变的影响使开裂荷载值下降,建议加强道床板的预应力配置。     

桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道早期开裂行为研究

以桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道为研究对象,基于混凝土早期性能发展基本理论,利用Ansys建立三维温度场与应力场分析模型,考虑养护方法、拆模龄期、拆模温度与钢筋直径等参数影响,对双块式无砟轨道早期开裂行为进行数值模拟。结果表明：无砟道床不同位置处混凝土主拉应力整体呈循环上升趋势;拆模前后混凝土应力时程曲线波动程度差异较大,拆模后4 h内道床混凝土主拉应力时程曲线出现明显增长。合理选用养护方式可有效降低道床板早期开裂风险;伴随着拆模龄期的延长与拆模温度的升高,拆模后无砟道床4 h内温度改变量与道床混凝土开裂风险均呈降低趋势;相同配筋率下,减小钢筋直径可降低桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道早期开裂风险。     

隧道内无砟轨道道床板更换为钢支墩可行性研究

在实际运营中,隧道内轨道结构由于地下水压力作用和混凝土强度不足等问题,出现道床板上拱并产生裂纹病害,当上拱和裂纹达到一定程度,会对行车造成一定的影响,故针对隧道内轨道结构病害提出采用钢支墩更换无砟轨道道床板的整治方案,并提出施工流程建议。此方案结构较为简单,施工更换方便,能够节省施工时间,为快速恢复既有线铁路运营提供了保障。同时基于连续弹性支承梁模型和弹性点支承梁模型,推导出钢轨竖向和横向支点力,将其施加在局部计算模型上进一步开展了力学仿真计算。计算结果表明:钢支墩的埋深比应取1.8,当其出露高度在0.04~0.34 m时,钢支墩周围混凝土的应力及变形均满足设计要求,采用钢支墩更换隧道内无砟轨道方案是可行的。     

宝兰客专魏家嘴黄土隧道受力特性试验研究

以宝兰客运专线上的魏家嘴隧道为工程背景,通过现场监测,研究围岩压力、钢拱架应力、初支与二衬接触压力、二衬钢筋轴力、混凝土应变等参数随时间变化的规律及分布特征,并应用现有可靠度理论和数据对实际工程安全状态进行评估。研究结果表明:围岩压力随时间增长而且增长速度较快,拱顶围岩压力最小,仰拱拱底的围岩应力最大,最后都趋于稳定;钢拱架应力值不稳定,波动较大,但最终趋于稳定;初支与二衬接触压力总体偏小,变化幅度较小,且随着时间增加最后趋于稳定值;二衬钢筋轴力以压力为主,内侧钢筋轴力值变化比较大不稳定,但最后趋于稳定;混凝土应变比较稳定,值普遍较小,但仰拱拱底应变随时间的增加而逐渐增大最后趋于较大应变值。     

无碴轨道道岔区轨下基础受力分析

研究目的：本文以遂渝线12号无碴道岔道床为例，对12号无碴道岔的轨下基础受力和变形特性进行了分析，为无碴道岔道床的设计提供参考。 研究方法：根据多重叠和梁理论，运用有限元方法建立了无碴轨道道岔区轨下基础受力模型，针对无碴轨道板之间接触条件的特点，对无碴轨道道岔区轨下基础受力进行了分析。 研究结果：在同样荷载条件下，板层之间无紧密连接的无碴轨道的板层拉应力要大于板层有紧密连接结构的拉应力；当道床板层之间紧密连接时，道床板连续与否对道床板弯矩和路基面压应力影响不大。 研究结论：通过建立无碴轨道岔区道床有限元模型对岔区道床在列车荷载作用下的轨道响应进行了探讨，并分析计算了岔区分开式道床和连续式道床的道床板截面最大弯矩供设计时参考。道床板层之间紧密连接时，道床板连续与否对道床板弯矩和路基面压应力影响不大，故道床设计时可针对分开式道床和连续式道床的特点进行合理选用。