温度作用下轨道板与CA砂浆离缝对CRTSⅡ型板式轨道的影响分析

轨道板与水泥乳化沥青砂浆离缝是CRTSⅡ型板式无砟轨道的主要伤损形式之一,水泥乳化沥青砂浆具有支承、缓冲、传载等作用,离缝将影响无砟轨道的变形与受力。基于弹性地基梁体理论和有限元方法,建立了路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道有限元模型,分析在温度荷载和自重作用下不同离缝长度以及产生离缝后CA砂浆层参数对轨道结构的影响。结果表明:轨道板的翘曲位移及纵向应力均随着离缝长度增大而增加;当离缝长度超过1.95 m时,轨道板的翘曲变形及纵向应力都急剧增大,建议轨道板与CA砂浆层离缝长度不宜超过1.95 m。     

CRTSⅠ型板式无砟轨道CA砂浆疲劳寿命分析

根据CRTSⅠ型板式无砟轨道的结构特征与受力特征,将钢轨假设为点支撑梁,扣件和基础的弹性假设为弹簧,轨道板、CA砂浆和底座板分别假设为实体,建立CRTSⅠ型板式无砟轨道的有限元模型,以Palmgren-Miner线性疲劳累计损伤准则为基础,采用全寿命分析方法对CA砂浆在不同列车荷载作用下的疲劳寿命进行分析,得到CA砂浆层的疲劳寿命分布和危险点的寿命值。     

CRTSI型无砟轨道CA砂浆离缝处理材料研究

研究目的:分析高速铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道CA砂浆离缝产生的原因,研究修补材料在CRTSⅠ型无砟轨道CA砂浆离缝的处理时的适应性,提出离缝修补填充材料的基本技术要求,并从施工性、填充适应性和耐久性等方面对环氧树脂与高性能改性树脂材料进行对比研究。通过对比试验研究,最终优选出更具施工性、填充适应性和耐久性的CA砂浆离缝修补填充材料。研究结论:(1)通过施工性与填充适应性的比较分析显示,RX-SI适用于实际CRTSⅠ型CA砂浆离缝施工处理,施工工艺简单可行;(2)通过耐久性研究结果显示,RX-SI的弹性模量和CA砂浆的弹性模量完全匹配,RX-SI可确保维修处理的无砟轨道板整体结构安全耐久性;(3)该研究成果专门针对CRTSⅠ型无砟轨道CA砂浆离缝,可以在CRTSⅠ型无砟轨道CA砂浆离缝的修补上推广运用。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道用CA砂浆的温度疲劳研究

CRTSⅡ型板式无砟轨道充填层CA砂浆与轨道板接触面之间常见脱粘、离缝情况。为探讨CA砂浆在温度疲劳作用下与轨道板脱粘、离缝规律,采用-20℃到60℃的温度循环对试件进行疲劳试验,并对疲劳后的试件进行微观结构分析和热分析。结果表明:由于沥青基体在温度疲劳作用下的迁移、老化、黏性降低,CRTSⅡ型CA砂浆和轨道板混凝土经过16次循环后即出现脱粘,产生裂缝。     

施工过程中CRTS Ⅱ型轨道板竖向上拱变形研究

研究目的:CRTSⅡ型板式无砟轨道施工过程中,轨道板窄缝浇筑后纵连前,轨道板处于一种偏心受压状态,在温度荷载作用下轨道板容易产生上拱变形现象。本文利用ANSYS软件,建立温度荷载作用下CRTSⅡ型轨道板上拱变形有限元力学分析模型。通过对轨道板上拱变形过程模拟,分析其上拱变形的基本规律,以及砂浆层粘结强度、板边离缝深度和轨道板温度梯度对轨道板竖向上拱临界温升幅度的影响。研究结论:(1)轨道板上拱变形从板端约第一扣件处逐渐向板中蔓延,当达到某一临界温升幅度ΔT时,将导致轨道板与砂浆层的粘结失效而分离;(2)轨道板上拱临界温升幅度随着粘接强度增大而增大,增大轨道板与砂浆层的粘结强度,不仅可以抑制和延缓轨道板上拱的发生,同时可减小板边上拱程度;(3)施工过程中,采取措施减少轨道板与砂浆层的离缝面积,有利于提高轨道板上拱的临界温升幅度;(4)温度梯度的作用会加速轨道板上拱变形;(5)不同温度状态下的轨道板上拱变形现象,可反映出轨道板与砂浆层之间的不同粘结状态;(6)该研究成果对于完善CRTSⅡ型板式轨道的施工技术具有指导意义。     

高铁单元板式无砟轨道大跨梁端适应性对比

研究目的:为研究不同类型单元式无砟轨道无缝线路在大跨桥上的适应性,本文建立无缝线路-无砟轨道-桥梁空间耦合分析模型,对温度荷载作用下CRTSⅠ型和CRTSⅢ型板式无砟轨道各层纵向受力与变形、层间错动位移以及限位结构受力进行对比分析,并对运营过程中可能出现的扣件纵向阻力增加对两种无砟轨道在大跨桥上的适应性进行比较。研究结论:(1)两种无砟轨道无缝线路在连续梁端处受力与变形最大,但二者之间的差异较小;(2)扣件纵向阻力的增加将带来连续梁端位置处无缝线路受力增加,变形量减小;(3)CRTSⅢ型板式无砟轨道层间限位刚度大于CRTSⅠ型板式无砟轨道,因此扣件纵向阻力增加导致的CRTSⅠ型板式无砟轨道层间错动位移增加更加明显;(4)梁端限位结构在升降温过程中纵向受剪明显,其中CRTSⅠ型板式无砟轨道梁端半圆形凸台因单侧承力,纵向剪切效应更加显著,且随桥上扣件纵向阻力的增加而急速增加;(5)总体看来,两种无砟轨道的选用对大跨桥上无缝线路设计的影响基本无差异,但在轨道纵向几何形位保持以及大跨梁端限位结构受力方面,CRTSⅢ型板式无砟轨道表现出了较好的适应性;(6)本研究成果可为今后大跨度桥上板式无砟轨道的选型提供理论指导。     

不同累积概率不平顺状态下轨道板离缝损伤研究

为明晰线弹性模型与非线性损伤塑性模型在无砟轨道不同状态下的适用范围,研究层间离缝纵向扩展过程中轨道板在列车动荷载作用下的损伤萌生扩展规律,基于ABAQUS有限元软件建立CRTSⅠ型板式无砟轨道空间实体模型,以不同累积概率不平顺状态下的扣件支点压力作为荷载激励,分别采用线弹性模型与非线性损伤塑性模型描述轨道板混凝土应力-应变关系,对比分析整体轨道板在2种本构模型下的受力状态,分析其在轨道板-CA砂浆层层间离缝状态下的动力损伤规律。研究结果表明：在轨道结构正常状态下,各累积概率不平顺状态下的轨道板纵、横向拉应力水平较低,可采用线弹性模型简化计算;层间离缝状态下,轨道板上表面将承受较大拉应力而使轨道板受力进入塑性软化阶段,此时可采用非线性损伤塑性模型描述轨道板损伤的萌生、扩展过程。10%～90%累积概率不平顺状态下,轨道板损伤萌生所需离缝纵向长度处于820～890 mm之间,99%累积概率下仅需580 mm。轨道板损伤首先产生于第2组承轨台周围的轨下对应区域,随离缝纵向发展同时向板中与板边扩展直至贯通;轨道不平顺状态越差,轨道板损伤萌生与达到最大拉伸损伤所需离缝纵向长度越小。损伤所产生的塑性...     

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。     

严寒地区CRTSⅠ型无砟轨道板四角离缝成因研究

研究目的:针对严寒地区哈大客专CRTS(China railway track system)Ⅰ型轨道板与充填层砂浆四角离缝呈现规律变化的实际情况,为减少或消除四角离缝对无砟轨道结构的影响,从理论上探讨CRTSⅠ型无砟轨道板四角离缝成因,并提出应对措施,以供我国板式无砟轨道结构设计与施工参考。研究结论:(1)造成CRTSⅠ型轨道板四角离缝的主要原因是板面、板底温差引起的翘曲变形及铺轨后相邻轨道板间低高程轨道板的"空吊"现象;(2)砂浆灌注施工宜选择夜间或昼夜温差小的季节,以21:00-06:30之间为最佳,同时,应确保轨道板精调准确、扣压有效以及砂浆灌注施工充填饱满;(3)应提高轨道板调整精度,尤其是最大限度地消除相邻轨道板的高差;(4)研究成果对CRTSⅠ、Ⅱ、Ⅲ型板式无砟轨道施工减少板角离缝具有重要意义。     

轨道板与CA砂浆间拍打作用研究

因温度和列车动荷载等因素影响,CRTSⅠ型轨道板与CA砂浆间易产生离缝及拍打作用。采用瞬态动力分析方法研究轨道板与CA砂浆间的拍打速度,利用碰撞模拟两者间的拍打作用。研究结果表明:拍打速度随轴重呈线性增加关系,且在250 km/h时速下拍打作用最大,拍打速度为0.581 m/s;接触应力随拍打速度呈线性增加关系,随CA砂浆弹模的增加,在200 MPa前增加较快,大于200 MPa时,增加变缓,建议采用弹模小于200 MPa的CA砂浆或在离缝和脱空区域内填充弹模较小的材料。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道板下离缝动力影响分析及运营评估

CRTSⅡ型板式无砟轨道在运营初期高温季节中出现区域性板下离缝现象,影响高速列车正常运营和轨道结构耐久性。本文建立考虑轨道板和CA砂浆间离缝的精细化车辆-轨道空间耦合动力学分析模型,分析离缝状态下车辆、轨道的动力学响应,研究不同离缝量、离缝范围及车辆行车速度的影响。结果表明:离缝量增加导致车辆、轨道动态响应加剧,离缝量在6~8mm以上时加剧效应明显;离缝范围在2块板下导致的轮轨垂向力及钢轨、砂浆层纵向应力更明显,轨道板纵向应力也较大,因此在养护维修时应重点关注离缝范围在2块板下的情况;离缝区域临时限速是保证列车运营安全、降低轨道结构应力的有效手段,本文提出的限速建议值可为离缝区域限速运营提供参考。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道胀板机理及整治措施深化研究

CRTSⅡ型板式无砟轨道在高温季节起拱、胀板,危害运营安全。基于运营及养护维修实践,分析得出温度荷载是轨道板胀板的主要因素,其中整体升温荷载引起结构纵向伸缩变形,温度梯度荷载引起轨道板翘曲变形。另外,轨道板与CA砂浆层间受到水、温度荷载、列车荷载等外部因素作用,导致结构分层,轨道板与底座板不能共同受力,削弱了纵连轨道结构体系的整体抗压刚度、竖向约束和稳定性能,是胀板病害进一步发展恶化的次要因素。为了有效防止CRTSⅡ型板式无砟轨道胀板,在不破坏设计结构的前提下,提出轨道板预先植筋加固处理的整治措施,并在实践中取得了良好的效果。后续可根据胀板机理,进一步开展隔热涂层、CA砂浆改性等方面的研究。     

CRTSⅠ型板式无砟轨道板角离缝原因与治理措施

为了研究轨道板板角离缝的形成原因及治理措施,选取一高速铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道结构,对其砂浆变形、板面高程、轨道板不同部位温度等指标进行24 h连续测试,并对测试结果进行分析。结果表明:轨道板板面与板底温差的周期性变化是导致轨道板周期性变形的主要原因;轨道板板面高程随时间变化呈现大致规律的波动变化;相对板面中心,板角在夜间翘起明显,板角离缝宽度与离缝值在夜间同步增大;充填层CA砂浆横向和竖向变形遵循热胀冷缩规律,其变形量较小,不是板角离缝产生的主因;不同涂层对混凝土表面温度具有降低作用,可用于改善板角因温度翘曲而产生的离缝程度。     

CRTSⅠ型板式无砟轨道先导段施工控制要点分析

针对CRTSⅠ型板式无砟轨道先导段施工,系统总结底座与凸台施工、轨道板铺设、砂浆灌注和凸台树脂施工4个方面的控制要点。结果表明,通过换手复测、控制放样精度、模板定位准确牢固且拼装不漏浆等关键环节,可提高底座凸台混凝土施工精度;通过橡胶垫片/圈保护、方木条引导、精调爪同步受力等措施,可提高轨道板铺设时成品质量;用百分表监控轨道板上浮量确定CA砂浆灌注终点、在进浆口处增加压板装置等措施,可有效减少CA砂浆施工对精调轨道板状态的扰动影响;通过调节外加用水量,控制CA砂浆流动度在上限附近,可减少轨道板四角离缝和曲线段高侧离缝。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道挠曲力影响因素分析

针对我国高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道梁-板-轨相互作用问题,采用有限元法分别建立双线多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型,考虑桥梁及轨道结构的细部尺寸与力学属性,计算列车荷载作用下各轨道及桥梁结构的挠曲力与位移,分析扣件纵向阻力、滑动层摩擦因数等参数对桥上无缝线路挠曲受力与变形的影响规律。研究结果表明:列车荷载作用下大跨连续梁桥上轨道结构的受力与变形要明显大于多跨简支梁桥,单线加载时有载侧和无载侧之间相差不大,且近为双线加载时的1/2;需要根据不同的检算部件选取最不利的列车荷载作用长度;采用小阻力扣件改善钢轨受力与变形时,固定支座桥台和连续梁活动支座桥墩处的轨板相对位移应加强观测;滑动层摩擦因数、固结机构纵向刚度及固定支座墩/台顶纵向刚度均需控制在合理范围内。     

极端温度作用下桥上CRTSⅡ型无砟轨道受力特性

为研究极端温度作用下高速铁路简支梁桥与CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道相互作用,以5～32 m简支梁为例,建立考虑钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板、滑动层、摩擦板、端刺,以及梁体、墩台等构件的桥上CRTSⅡ型无砟轨道系统精细化仿真模型,研究高温和严寒等极端温度条件下系统的受力与变形特征,探讨不同轨道伸缩刚度、滑动层摩擦因数和砂浆黏结力对系统受力与变形的影响.研究结果表明:在高温条件下,轨道板代替钢轨承受了更多伸缩力,轨道板轴向力最大值出现在主端刺处,易导致上拱破坏;正温度梯度作用下,轨道板上、下表面最大纵向应力差达10.1MPa,将引起翘曲变形导致端部砂浆层脱黏;在极寒条件下,轨道板最大纵向拉力出现在右端刺处,最大值达3.9 MPa,轨道板易发生断裂;底座板初始裂缝对轨道板及底座板的受力分布与变形产生不利影响;滑动层可有效减小梁轨之间的相互作用,适当增大砂浆黏结力有利于减小轨道板-底座板离缝和砂浆脱黏等病害的发生几率.     

CRTSⅠ型板CA砂浆填充层质量风险管理技术研究

CRTSⅠ型板式无砟轨道结构中,轨道板与底座之间设置的40~60 mm CA砂浆填充层是其重要结构单元之一,发挥着支撑、调平、吸振和隔振作用,是高速铁路关键功能材料和复杂工艺之一,施工质量的好坏直接影响无砟轨道的耐久性和列车运行的平稳性及安全性。针对CA砂浆工艺性试验的要求以及宁安铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道的特点,对CA砂浆工艺性试验和填充层灌筑等关键技术进行研究,利用质量风险管理,取得了CA砂浆拌制、灌筑等过程中一系列重要参数和施工技术,通过揭板对CA砂浆质量及外观检查,各项指标均符合要求,有效控制了CA砂浆灌筑质量,对今后高速铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道施工具有借鉴意义。     

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。     

板端离缝下CRTSⅢ型板式轨道动力特性研究

轨道板与自密实混凝土层之间的板端离缝是CRTSⅢ型板式轨道的主要伤损型式之一,为分析板端离缝对路基上CRTSⅢ型板式轨道动力特性的影响,建立车辆-CRTSⅢ型板式轨道-路基垂向耦合振动模型,研究不同板端离缝长度对车辆和轨道系统动力响应的影响。研究结果表明:板端离缝将增大车辆和轨道结构的动力响应。当脱空长度超过1.54m时,轨道结构的垂向位移出现拐点,扣件系统上拔力接近允许限值10 kN,板端离缝区域附近的自密实混凝土层所受的垂向压应力增大28.75倍。板端离缝导致自密实混凝土层更易发生劣化,从无砟轨道耐久性方面考虑,建议当CRTSⅢ型板式轨道板端离缝长度达到1.54 m时应及时进行养护维修。     

CRTSⅡ型板式轨道施工过程中轨道板受力特性分析

无砟轨道早期病害是影响其长期服役寿命的重要因素。应用 CRTSⅡ型板式轨道有限元计算模型,对轨道板铺设过程中的受力特性进行了分析。计算结果表明,在轨道板起吊和精调过程中,其板面最大拉应力可能发生超过或接近混凝土抗拉强度的情况,将会引起横向裂纹;轨道板灌注 CA 砂浆层后,纵连前板角区域温度翘曲应力超过 CA 砂浆层抗压强度,容易出现离缝;轨道板纵连后温度翘曲应力则大为降低。加强起吊过程控制、调整精调千斤顶位置与及时进行轨道板纵连是控制CRTSⅡ型板式轨道早期病害的重要手段。