CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究

基于列车—轨道耦合动力学理论,考虑无砟轨道各部件间及无砟轨道与路基间接触状态非线性,建立列车—板式无砟轨道—路基三维非线性有限元耦合动力学模型,进行自重荷载、轨道中长波随机不平顺、轨道短波随机不平顺、路基不均匀沉降荷载、无砟轨道板温度梯度荷载共同作用下,高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基不均匀沉降限值研究。结果表明:无砟轨道板温度梯度荷载对无砟轨道各部件受力均有较明显的影响,因此在进行无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究时有必要同时考虑无砟轨道板温度梯度荷载的影响;路基上CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路的路基不均匀沉降限值由底座板疲劳破坏控制,路基不均匀沉降幅值达到7mm时无砟轨道底座板的最大拉力达到疲劳破坏限值1.674MPa,因此建议高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基的不均匀沉降限值为7mm/20m。     

基于支持向量机的CRTS Ⅱ型板式无砟轨道板正温度梯度预警方法

无砟轨道板温度梯度是温度荷载作用在轨道结构上的重要表征,也是结构设计和养护维修的关键参数。针对轨道板温度梯度状态监测预警问题,基于运营线实测高铁轨道板数据样本,以气温、太阳辐射、风速等气象参数为特征输入参量,轨道板正温度梯度为输出参量,建立基于支持向量机的轨道板正温度梯度分类预警模型,给出模型关键性参数的选择方法;利用实测数据验证预警模型的有效性和准确性,并结合历史气象资料数据,采用所建立模型确定气象参数的预警阈值。研究结果表明:无砟轨道板正温度梯度预警模型识别准确率为98.648 6%,气温、太阳辐射量、风速的预警指标值为33.9℃,733W/m2和2 m/s且可靠性为96%,可为轨道结构的设计改进、病害预防以及养护维修提供方向性指导与建议。     

东北极端低温条件下板式无砟轨道温度场特性

基于环境监测资料和热力学基础理论,建立CRTSⅠ型板式无砟轨道三维瞬态温度场模型,分析哈尔滨地区冬季极端低温气象条件下无砟轨道温度场分布规律和影响因素,确定东北严寒地区无砟轨道性能分析的温度参数。结果表明：无砟轨道温度场分布的影响因素包括极端气温、轨道板吸收率、风速等;无砟轨道内温度变化滞后于环境温度,轨道板板顶及板边的日温度变化幅度较大;沿轨道板板顶向下,温度场呈非线性变化,温度波动幅值不断缩小;轨道板吸收率越大,则板顶温度及温度梯度越高;风速越大,板顶温度越低,轨道板内正温度梯度越小,负温度梯度越大;建议东北极端低温条件下轨道板的温度参数取正温度梯度75℃/m,负温度梯度-25℃/m。     

圆曲线段无砟轨道横竖向温度梯度研究

研究目的:为得到设有超高的无砟轨道温度场分布的时变规律,建立无砟轨道横竖向温度梯度荷载模式,在某客运专线圆曲线段上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道中埋设温度传感器对其温度场进行了长期连续观测。研究结论:(1)无砟轨道昼夜温度变化较大,表面最高日温差可达24.7℃,平均日温差达19.0℃;(2)随着距表面深度的增加,无砟轨道温度变化幅值逐渐减小,峰值出现时间不断滞后;(3)底座板底面最大日温差为6.1℃,平均为5.0℃;(4)纵连板式无砟轨道的竖向温度梯度可拟合为指数曲线,与铁路桥梁设计规范规定的箱梁竖向温度梯度分布在形状上较为符合;(5)纵连板式无砟轨道横向温度梯度分为轨道板和底座板两类,轨道板横向温度梯度可采用二次函数拟合回归,底座板横向梯度可采用线性分段函数拟合;(6)研究成果可为我国中部地区高速铁路设计温度荷载模式提供指导作用。     

华东地区CRTSⅡ型板式无砟轨道温度特性试验分析

CRTSⅡ型板式无砟轨道结构由于其纵连的特点,对温度荷载比较敏感。温度荷载的长期作用会导致结构疲劳伤损,严重时影响其承载力及行车安全。对高温天气条件下华东地区某客运专线路基段CRTSⅡ型板式无砟轨道内部温度特性进行了现场试验与分析。结果表明:轨道板、砂浆层、支承层的温度与环境温度变化趋势基本一致,各层温度极值出现时刻随深度的增加存在滞后现象;当夏季气温处于30~34℃时,轨道板内正温度超过设计规范限值——90℃/m,因此养护维修过程中,即使环境温度不高于35℃也应重视轨道内部的温度梯度情况。     

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。     

CRTSⅢ型无砟轨道冬季温度场特性

为研究CRTSⅢ型无砟轨道温度场分布规律,在昌赣客运专线外进行足尺无砟轨道板温度场监测,基于统计学原理分析冬季轨道结构温度变化规律并提出适合CRTSⅢ型无砟轨道的竖向温度梯度预估模型.研究结果表明:CRTSⅢ型无砟轨道结构温度场受外界环境影响较大,其中轨道板顶面温度变化最为明显,沿深度方向各结构层温度峰值有明显的滞后现象;竖向温度梯度大于横向温度梯度,对结构温度影响起主导作用;日太阳辐射总量和最大温度梯度具有较好的相关性,据此建立了冬季日最大温度梯度经验回归公式,可为不同气候条件下的CRTSⅢ型无砟轨道的温度梯度研究提供参考.     

基于GEV模型的西南高原无砟轨道温度试验研究

西南高原地区与内地不同,具有海拔高、太阳辐射强、昼夜温差大等的特点,该地区无砟轨道温度场设计值尚无定论。在西南高原某铁路附近建立了双块式无砟轨道温度场试验平台,对气温及道床板温度场进行了为期11个月的现场实测,通过现场试验及统计分析的方法对道床板温度场及竖向温度梯度进行研究。利用GEV模型,使用极大似然估计法对16 294组监测数据进行极值分析,确定道床板温度/温度梯度极值分布模型,提出具有一定超越概率的道床板温度及竖向温度梯度代表值。研究结果表明：1)道床板最高温度为45.61℃,最低温度为-13.52℃。由于热交换条件的不同,道床板中间截面最高平均温度比边缘截面高2.1℃,道床板中间截面最低平均温度比边缘截面低1.68℃;2)道床板最大正温度梯度为88.88℃/m,最大负温度梯度为-49.90℃/m;3)道床板温度和温度梯度均服从Weibull分布,当超越概率为0.01时,道床板最高温度代表值为44.85℃,最低温度代表值为-15.84℃,最大竖向正温度梯度代表值为87.13℃/m,最大竖向负温度梯度代表值为-38.63℃/m。研究成果可为西南高原铁路无砟轨道温度场的设计取值提供参...     

线路环境对双块式无砟轨道道床板温度场影响

研究目的:双块式无砟轨道结构道床板各表面接受太阳辐射热流密度与线路方向及地理纬度具有密切关系,本文基于太阳辐射及边界换热理论,结合试验数据,通过ABAQUS有限元软件建立路基地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构温度场分析模型,以探究不同线路方向及地理纬度对双块式无砟轨道道床板温度场的影响。研究结论:(1)当道床板侧表面法线方向与正南方向的夹角时,道床板横向温度梯度与竖向温度梯度均处于最不利工况;(2)当时,道床板整体温度梯度相对于原点的偏度标准值最小,为14.138℃/m,离散程度标准值最大,为10.446℃/m。此时道床板整体温度场处于最不利工况;(3)道床板横向温度梯度和竖向温度梯度,高纬度地区较低纬度地区更为不利,内陆地区较临海地区更为不利;(4)在高纬度内陆地区,道床板的温度梯度较大,且正负分布变化较快,道床板温度场处于最不利工况;(5)该研究成果可为完善双块式无砟轨道设计理论及养护维修方法提供技术支撑。     

温度梯度荷载作用下CRTS Ⅱ型无砟轨道层间离缝分析

运营期间的CRTS Ⅱ型板式无砟轨道在温度梯度荷载不断的作用下,轨道板与砂浆层之间会脱粘开裂,出现离缝,是无砟道床伤损形式之一。选择华东地区一高速铁路路基段设置测试工点,对轨道结构温度梯度及气温进行监测,并计算轨道板温度梯度极值。计算结果表明,测试期间出现的最大正温度梯度超过设计规定值。基于此,采用有限元方法建模并计算分析温度梯度荷载作用下轨道板与砂浆层间离缝的特征。结果表明,90℃/m正温度梯度荷载作用下,离缝由板端开始产生,并随温度梯度增大逐渐向板中心区域扩展。这与现场调研情况吻合。华东地区高速铁路线路高温季节出现过大的正温度梯度是轨道板与砂浆层间离缝产生和发展的主要原因之一。     

严寒地区CRTSⅠ型板式无砟轨道温度场分析

为研究严寒地区夏季、冬季极端天气条件下,CRTSⅠ型板式无砟轨道温度场分布问题,应用Abaqus有限元软件,基于气象数据和热传导理论,建立CRTSⅠ型板式无砟轨道三维瞬态温度场计算模型,分析板式无砟轨道横、竖向温度场分布情况.得到以下结论:(1)CRTSⅠ型板式无砟轨道瞬时温度场呈对称分布,轨道板内部温度场变化情况滞后...     

高温季节桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道温度分布试验研究

为研究高温季节高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道的温度分布规律,制作CRTSⅡ型板式无砟轨道-预应力混凝土简支箱梁1:4缩尺试验模型.通过开展夏季典型高温天气的温度试验,分析高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的温度分布变化规律,研究无砟轨道横、竖向温度分布型式.结果表明:在非阳光直射条件下,高速铁路桥上C RT...     

基于Logistic回归的无砟轨道层间位移预警研究

无砟轨道层间位移是运营期间荷载作用下轨道板与砂浆层产生的离缝宽度,也是影响行车安全与养护维修的关键参数。针对层间位移状态的预警问题,以华东地区某线路无砟轨道为研究对象,基于现场实测数据,以环境温度、太阳辐射、风速、日温差、前4小时太阳辐射量均值、前6小时环境温度均值等气象参数为输入,无砟轨道层间位移值为输出,建立基于Logistic回归的无砟轨道层间位移分类预警模型,利用实测数据进行模型验证并与传统的BP神经网络模型和决策数模型作对比。研究结果表明:无砟轨道层间位移预警模型的准确率为95.21%,预测结果优于BP神经网络94.33%和决策数模型95.07%,为无砟轨道结构的病害预警与养护维修提供指导和建议。     

梁体温差对桥上无砟轨道横向稳定性影响研究

随着桥上无缝线路在运营中出现各种病害,桥上无砟轨道的横向稳定性问题越来越引起重视。基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道横向稳定性分析模型,分别计算分析梁体在均匀温度和双向温度梯度下对无砟轨道结构横向变形的影响,有益于进一步深入研究桥上无砟轨道的横向变形机理。结果表明:与均匀温度荷载相比,双向温度梯度荷载对无砟轨道结构横向变形影响相对较小,但对钢轨轨距的影响较大,桥上无砟轨道结构的横向稳定性受梁体伸缩附加力与梁体几何形变的共同影响。因此建议在设计桥上无缝线路时,无论考虑哪种梁体温差荷载,都需要对桥上无砟轨道结构的横向稳定性进行检算。     

温度梯度荷载对桥上无砟轨道几何形位的影响分析

我国在设计桥上无缝线路时,桥梁温度荷载按照相关规范规定采用均匀温度荷载,这与桥梁在自然环境中所受到的温度梯度荷载存在一定的差异。基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道有限元模型,分别计算分析在均匀温度和竖向温度梯度作用下桥梁变形对无砟轨道结构几何形位的影响,有益于进一步深入研究桥梁温度荷载的合理取值。结果表明:与均匀温度荷载相比,竖向温度梯度荷载对桥上无砟轨道几何形位影响很大,且主要影响桥上无砟轨道的高低几何形位,对无砟轨道的水平几何形位也有一定影响,因此建议在设计桥上无缝线路时,考虑桥梁温度梯度荷载,并对桥上无砟轨道结构的几何形位进行限制。     

复合轨枕无砟轨道温度适应性分析

为研究温度荷载对复合轨枕无砟轨道影响,分别建立长枕埋入式和双块式复合轨枕无砟轨道有限元模型,分析两种轨道结构在整体降温和温度梯度下的离缝长度和轨距变化量,并给出降温限值。结果表明:在整体降温条件下,两种轨道结构均产生离缝,双块式轨道的轨距变化量随降温幅度变化较小,综合考虑离缝和轨距变化限值影响,长枕埋入式、双块式轨道降温幅度分别不应超过7,11℃;温度梯度下,两种轨道结构均不产生离缝,仅正温度梯度下长枕埋入式轨距变化量超过规范值。从复合轨枕轨道结构对温度适用性考虑,建议在较小温差地区如隧道内铺设双块式轨道,并注意浇筑时混凝土的温度。     

温度对弹性垫层刚度影响的试验研究

由于我国地域广阔,南北方温差较大,研究无砟轨道用弹性垫层刚度随温度变化的规律,可为提高我国高速铁路无砟轨道列车的乘坐舒适性提供一定的科学依据。本文以我国高速铁路无砟轨道采用较多的WJ-7型扣件、WJ-8型扣件弹性垫层刚度作为研究对象,通过室内试验较为系统地研究了环境温度在-40℃～+50℃变化时,弹性垫层静刚度和动刚度的变化规律。试验结果表明,两种类型扣件的弹性垫层刚度均随环境温度的升高而减小,环境温度在-20℃～+50℃之间变化对弹性垫层刚度的影响较小,而环境温度在-40℃～-20℃范围内变化对弹性垫层刚度的影响较为显著。