40 t轴重重载铁路预应力混凝土轨枕设计研究

我国具有25 t和30 t轴重重载铁路预应力混凝土轨枕的设计和运营经验,但对于40 t轴重重载铁路混凝土轨枕仍缺乏相关技术储备。为配合我国重载铁路"走出去"战略,本文基于对国内外混凝土轨枕设计标准的对比分析,开展了40 t轴重重载轨枕的设计研究。研究结果表明:对于40 t轴重重载铁路典型工况,按照北美地区混凝土轨枕的设计标准计算出的轨下截面正弯矩显著高于按照欧洲和中国标准的计算结果;按照中国混凝土轨枕的设计标准设计完成的40 t轴重重载轨枕轨下截面正弯矩和枕中截面负弯矩承载能力分别为35.6,22.3 kN·m,与适用于25,30 t轴重重载铁路的Ⅲa型、Ⅳa型轨枕相比,该轨枕在质量提高相对不大的情况下,满足设计承载要求。然后按照北美地区轨枕标准的规定进行了一系列室内试验验证,试验结果均满足标准要求。     

基于欧标的埋入式无砟轨枕结构设计方法研究

研究目的:欧洲标准是国际铁路市场采用的主要铁路设计标准之一,掌握欧洲标准的设计理论和计算方法是实施海外铁路项目的必要条件。本文以1 676 mm宽轨距埋入式无砟轨枕为例,研究基于欧洲标准的无砟轨枕设计方法,推导轨枕荷载弯矩、混凝土预应力损失的计算过程,分析轨枕结构承载能力及静载、动载和疲劳试验荷载计算方法,通过设计案例再现采用欧洲标准指导宽轨距无砟轨枕设计方法。研究结论:(1)欧洲标准就枕上垂直动压力考虑因素较多,以扣件弹性衰减系数、速度系数、纵向荷载分配系数和支承缺陷引起的纵向荷载分配影响系数在计算公式中体现;(2)轨枕混凝土预应力损失包括锚具变形引起的预应力损失、放张前预应力钢筋松弛损失、钢筋放张时混凝土弹性变形产生的损失和时变损失,时变损失的计算方法反映了环境条件、轨枕尺寸、混凝土品类和加载龄期对时变损失的影响;(3)轨枕混凝土承载能力检算应考虑施工荷载引起的枕中截面正弯矩和轨下截面负弯矩;(4)本研究成果可应用于海外铁路轨道工程设计。     

国内外预应力混凝土轨枕强度检验标准对比研究

总结国内外预应力混凝土轨枕强度检验标准,分析世界主要国家和地区混凝土轨枕标准体系之间的差异,就混凝土轨枕强度检验项目、支承图式及检验荷载计算方法进行详细对比。分析结果表明,各国混凝土轨枕标准体系、检验项目和支承图式存在差异,我国铁路混凝土轨枕标准对于各型产品检验要求规定比较详细具体,但在标准的系统性和概括性方面仍存在不足。在轨枕强度检验荷载的计算过程中,中国和日本混凝土轨枕强度检验是基于轨枕设计承载能力进行检验,而欧洲和北美地区混凝土轨枕强度检验是基于现场承载要求检验,在混凝土轨枕标准国际化过程中需注意该差异。     

35～40 t轴重重载铁路有砟轨道结构方案及试验研究

基于国外重载铁路现状,并结合前期研究成果,提出了35～40 t轴重重载铁路有砟轨道结构方案。在高速铁路轨道技术国家重点实验室铺设了有砟轨道实尺模型,通过轨道结构刚度试验、荷载垂向传递试验获得了35～40 t轴重有砟轨道的轨道刚度、枕上支点压力、枕下0.55 m和0.95 m位置基床压应力;通过钢轨倾翻试验得知轨道结构在垂向荷载400 kN、横向荷载165 kN同时作用下,重载扣件安全可靠,轨道结构稳定,验证了该轨道结构具有良好的防钢轨倾翻性能;通过轨枕荷载弯矩试验验证了重载轨枕在垂向荷载单独作用、垂向和横向荷载耦合作用等不同的荷载组合工况下,轨下截面弯矩以及枕中截面弯矩均有一定的安全余量,轨枕强度能够满足35～40 t轴重铁路的承载要求。     

基于美标的铁路宽轨距轨枕结构设计与计算

研究目的:基于美国相关规范研究1 667 mm宽轨距轨枕的结构设计,根据基本参数和规定,确定轨枕外形设计原则,基于美国AREMA计算方法计算分析轨枕荷载弯矩,根据外形尺寸和配筋,计算分析轨下及枕中截面承载力弯矩及静载试验值等,为轨枕试验提供依据,确定满足美标要求的宽轨距轨枕的基本设计方法。研究结论:(1)设计的宽轨距轨枕其外形尺寸及钢筋用量满足轨枕供货技术要求;(2)根据美标计算方法,确定了设计的轨枕的承载力弯矩和试验荷载值;(3)计算结果表明,轨枕承载力弯矩大于荷载弯矩;(4)轨枕静载试验及疲劳试验表明,轨枕符合正负弯矩试验的要求和抗疲劳要求;(5)计算与试验表明,设计的宽轨距轨枕满足美标的要求和阿根廷铁路项目使用要求。     

30t轴重重载铁路预应力混凝土轨枕设计研究

结合我国重载铁路的运营特点,在前期研究成果的基础上,开展了30 t轴重重载铁路混凝土轨枕的设计、试验研究工作,并按照北美铁路工程和维修协会(AREMA)的相关规定进行对比分析。研究结果表明:新型重载轨枕能够满足30 t轴重线路的承载性能要求,同Ⅲ型枕相比,轨下截面正弯矩和中间截面负弯矩承载能力分别提高了18.5%和23.3%;新型重载轨枕能够满足国内标准及AREMA的相关试验要求,且具有较大安全余量,表明其达到北美重载线路用混凝土轨枕的承载水平。     

预应力混凝土枕枕中截面静载试验方法分析

根据预应力混凝土枕的枕中截面静载试验时轨枕放置方向的不同,以及我国现有轨枕静载试验机加载方式的不同,分析并换算出各种加载方式的实际荷载检验值,从而确保枕中截面静载试验负弯矩检验值的准确与合理。     

中欧标准下接触网支柱荷载计算的差异性分析

研究目的:支柱荷载计算是接触网系统设计的重要组成部分,不同的计算方式、参数取值均会对荷载标准值和设计值产生较大影响。对于境外铁路接触网设计,采用中国标准和欧盟标准进行计算时,取得的计算结果也不相同,所以必须做好两种计算方式差异性分析的基础工作。研究结论:(1)通过中国标准和欧标的列式对比,分析两种标准下接触网荷载计算的相同点和不同点,本文以特定计算条件为基础,分析了两种计算方式和相关参数的差异性;(2)当风圧高度为10 m,风向垂直于线路方向时,对风荷载和风冰荷载两种工况分别计算,其中永久荷载计算公式和计算数值均没有差异,可变荷载中欧标计算的风荷载相对较大,而风冰荷载工况的计算值也大于无冰、最大风工况,所以接触网支柱基础的结构设计将基于风冰荷载工况进行设计;(3)通过相关参数的对比分析,说明了随着参数取值的变化,两类标准框架下荷载计算值的大小也将发生相对性变化;(4)本研究成果有利于国内外接触网设计标准的进一步融合,有利于中国标准接触网体系的进一步完善。     

混凝土轨枕抗力的影响因素及其计算方法研究

为探讨简便有效的混凝土轨枕截面抗力计算方法,首先从混凝土轨枕设计、生产、运输、使用等方面,对影响混凝土轨枕截面抗力的各种因素进行详细分析和归纳总结,并基于混凝土轨枕的静载抗裂荷载试验数据及其统计分析,首次提出推求混凝土轨枕截面抗力的思路及计算方法。分析表明,由混凝土轨枕的截面静载抗裂荷载统计分析结果,可得到混凝土轨枕截面抗力的统计特征参数及其概率密度表达式,且混凝土轨枕截面抗力的概率分布与静载抗裂荷载的概率分布相同。算例结果表明,混凝土截面抗力服从对数正态分布,所提出的方法是有效的,可为混凝土轨枕的可靠度评价提供抗力依据。     

铁路密布横梁体系整体钢桥面静力行为的试验研究

铁路密布横梁体系整体钢桥面由于没有纵梁,其受力行为与一般纵横梁体系正交异性板结构存在差异。本文结合厦深铁路榕江特大桥主桥,对铁路密布横梁体系正交异性整体钢桥面进行静载试验和有限元分析。得出结论如下:第一体系轴力主要由下弦杆承担,越靠近模型中部下弦杆承担比例越小;第二、第三体系中,横梁(肋)与面板组成的截面沿横向越靠近中部其承受的弯矩越大,横梁(肋)承受的弯矩增长更快,且承担比例先增大后减小,在荷载作用点处达到最大,面板反之,在荷载作用点分担弯矩比例最小。将有限元模型计算结果与试验实测结果对比分析,两者吻合较好,印证了理论计算的正确性和实测结果的可靠性。     

混凝土轨枕承载能力影响参数分析

本文提出的非均匀支承条件变截面弹性地基梁法，能计算不同的地基支承条件，各种结构型式尺寸以及各种荷载组合情况下的轨枕承载能力，从而能模拟混凝土轨枕的实际工况，并获得最佳参数。推荐的方法对新型混凝土轨枕的研究设计具有实际意义。     

城市轨道交通中钢筋桁架轨枕式整体道床配筋设计

结合最新研发的城市轨道交通钢筋桁架轨枕,采用允许应力法进行了城市轨道交通钢筋桁架轨枕式整体道床的配筋设计。设计中针对不同地段整体道床特点,采用不同的荷载组合方式,合理确定了不同地段道床配筋。计算结果表明:列车荷载弯矩、翘曲弯矩以及基础变形附加弯矩是影响配筋的主要因素,特别是基础变形对配筋的影响最大;相比较而言,温度力影响相对较小。因此,严格控制基础变形,特别是路基地段的路基沉降,能够有效地减少配筋量。     

铁路活性粉末混凝土槽形梁的空间作用效应

对32 m铁路活性粉末混凝土槽形梁进行三维有限元分析,计算出不同工况下的剪力滞系数,并对剪力滞规律进行分析,研究表明该梁的剪力滞效应较普通混凝土梁更加明显;对其横向和纵向弯矩的空间效应进行分析,对横向弯矩影响线的研究表明,受空间作用的影响,梁上任意一点受力均会在某一截面产生不可忽略的横向弯矩;对纵向弯矩影响线的研究表明空间作用对活性粉末混凝土槽形梁换算荷载的影响在越靠近端部影响越明显,且该影响不可忽略,所以在设计该种梁时需要在靠近端部位置充分考虑空间作用的影响。     

内马铁路机制砂轨枕C60混凝土配制及性能研究

针对"一带一路"建设工程肯尼亚内马铁路项目沿线缺乏河砂的现状,采用肯尼亚当地原材料,从胶凝材料体系优化、水胶比、粉煤灰掺量、砂率、机制砂石粉含量等角度对机制砂轨枕C60混凝土配合比进行研究,并采用优选配合比进行了轨枕试生产和轨枕静载试验。试验结果表明:采用机制砂可配制出满足现行铁路标准要求的轨枕C60混凝土;采用机制砂轨枕混凝土生产的轨枕外观质量良好;轨枕静载试验合格,枕中开裂荷载为139~149 kN,枕下开裂荷载为210~237 kN,具有一定富余,安全性较高。     

高速铁路840 m全封闭声屏障气压荷载数值模拟研究

采用我国干线铁路开行的复兴号动车组,基于计算流体力学软件Fluent,对高速列车以350 km·h^-1速度通过840 m全封闭声屏障及1/2跨和1/4跨会车工况下声屏障的气压荷载分布规律进行数值模拟。结果表明:会车工况下的压力极值均大于单车工况下,且变化规律更为复杂,声屏障中间位置即1/2跨会车时的压力极值达到最大值,最大正压和负压分别为2 672和4 619 Pa,分别为单车工况下的2.05倍和1.87倍;同一截面各测点的气压荷载波动规律相似,但压力极值存在明显差异;单车工况下,声屏障同一截面上不同测点处的极值压差达到0.6 kPa,体现了压力波传递的三维效应。通过数值模拟获得的全封闭声屏障压力极值和气压荷载分布规律,为声屏障结构设计提供理论依据。     

重载铁路有砟轨道用弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法研究

在重载铁路有砟轨道区段铺设弹性轨枕可有效降低轮轨相互作用,减缓桥隧区段道砟粉化,从而延长轨道结构养护维修周期。有砟轨道弹性轨枕枕下垫层静刚度值是结构体系中的重要参数,直接影响弹性轨枕的应用效果。我国早期制定的标准中弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法不尽合理。本文在总结对比国内外标准的基础上,结合室内试验,对弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法从枕下垫层静刚度大小的评估方法、试件的制作及支承状态、静刚度计算时荷载取值范围三个方面进行了优化,可为我国重载铁路有砟轨道弹性轨枕结构设计提供参考。     

一种地铁用预应力混凝土岔枕的设计与应用

研究目的:结合地铁既有50 kg/m钢轨7号单开道岔和60 kg/m钢轨9号单开道岔的结构特征,建立地铁岔枕荷载弯矩的计算模型,分析在移动荷载作用下岔枕荷载弯矩的变化规律,得出相应的岔枕荷载弯矩值。在此基础上,按照我国预应力混凝土轨枕设计方法,开展地铁用混凝土岔枕的设计、试验研究工作,以满足地铁道岔的使用要求。研究结论:(1)预应力混凝土岔枕的设计承载正、负弯矩分别为18.8 k N·m和16.7 k N·m,满足设计要求;(2)岔枕截面由预应力产生的混凝土法向应力、设计荷载作用下受压区混凝土压应力均符合标准要求;(3)室内静载抗裂试验和疲劳试验结果均满足承载要求;(4)本文研究对预应力混凝土岔枕的设计具有一定的参考意义。     

枕下支撑刚度对轨枕性能影响分析

城市轨道交通线路通车运营后碎石道床发生不均匀沉降,枕下支撑刚度发生变化,导致轨枕病害的产生,无法有效保持轨道形位和纵横向阻力,需要深入研究轨枕下支撑刚度对其性能的影响,以便更好地治理轨枕病害问题。采用不同枕下支撑刚度对轨枕的支撑作用模拟碎石道床不均匀沉降,建立有限元模型进行受力计算,分析不同支撑刚度对轨枕变形及弯矩等性能的影响。结果表明,轨枕跨中支撑刚度越大,轨枕变形和受力越小,但轨枕跨中弯矩相应增大;轨枕跨中支撑刚度变小时,轨枕变形增加。由此可见,轨枕跨中若出现道砟缺失,引起轨枕空吊,枕下支撑刚度减小,则轨枕处将产生较大变形,相邻的轨枕也将承受较大的荷载,严重时造成轨枕失效。     

考虑截面配筋的变截面悬臂梁剪力滞效应研究

基于选定的三次抛物线剪滞翘曲位移函数,采用能量变分法推导出考虑截面配筋后的剪力滞控制微分方程,研究截面配筋对变截面悬臂箱梁剪力滞效应的影响。结合实际施工案例,利用差分法计算分析了不同荷载作用下,不同配筋率时施工至最大悬臂状态的箱梁剪力滞效应。研究结果表明:截面配筋对变截面悬臂箱梁剪力滞效应有一定影响,随着配筋率的增大,不同类型荷载作用下附加弯矩均增大,但箱梁不同部位的剪力滞系数变化不同。均布荷载作用下,剪力滞系数最大增加5.16%,最大减少24.42%;集中荷载作用下剪力滞系数最大增加2.77%,最大减少1.92%。     

铁路道床振动特性的三维离散元分析

研究目的:铁路碎石道床是一种典型的散粒体结构,为突出考虑道砟颗粒的散体特性,运用离散元法建立轨枕-道床空间耦合的颗粒流模型.通过加载高速列车动荷载时域谱,研究铁路道床在高速行车条件下的振动特性和道砟颗粒的动态响应.研究结论:通过建模和计算,将计算结果与已有试验结果相对比,验证了模型的正确性;在此基础上对铁路道床的振动特性进行分析,结果表明:动荷载作用下道砟之间的接触力按近似45°角的规律传递;相邻轨枕下方道砟颗粒的振动加速度和道砟接触力存在振动叠加作用,道砟颗粒的振动加速度、道砟接触力及道砟颗粒动位移随道床深度的增加而递减.