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。     

温度作用下连续梁桥上CRTSⅡ型板板端宽裂缝对钢轨应力以及桥墩纵向力的影响研究

CRTSⅡ型无砟轨道板板端新旧混凝土交界面薄弱,在低温情况下轨道板收缩,轨道板板端新旧混凝土交界面处出现板端宽裂缝,并伴随轨道板下界面与 CA 砂浆层粘结失效出现脱粘裂缝.在出现裂缝的情况下,分析温度升高对上部钢轨的应力以及下部桥墩的纵向力的影响.考虑轨道板板端裂缝宽度、CA砂浆粘结失效裂缝长度和脱粘CA砂浆块与轨道板下界面之间的摩擦系数三项因素对上部钢轨的应力以及下部桥墩的纵向力的影响,从钢轨附加温度应力以及桥墩纵向力的角度对板端宽裂缝的灌浆填缝修补措施进行了评价.     

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。     

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。     

夏季高温下支承层斜裂缝诱发纵连板上拱规律研究

在夏季高温作用下,支承层斜裂贯通缝可能导致结构上拱变形,衍生次生病害。基于内聚力和塑性损伤理论建立CRTSⅡ型板式无砟轨道结构有限元模型并与现场实测结果对比验证模型的有效性,分析夏季高温作用下支承层斜裂缝导致的结构上拱变形、离缝、受力和伤损规律。结果表明,温度荷载作用下,斜裂缝一旦贯通,轨道结构变形急剧增大。随温度升高,支承层相互错动,CA砂浆层与支承层先离缝,随后轨道板与CA砂浆层离缝,轨道结构上拱变形。结构性能随温度演化过程可分为0～20℃的缓慢发展阶段、20～30℃的加速发展阶段和大于30℃的飞速破坏阶段。贯通斜裂缝位于板中,角度30°时,轨道结构变形达到最大值26 mm。建议温度大于30℃时,检修重点关注角度不大于45°的板中斜裂贯通缝。     

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。     

CRTSⅠ型板式无砟轨道凸形挡台树脂离缝成因分析

针对目前在桥梁地段CRTSⅠ型板式无砟轨道凸台周围树脂离缝,建立CRTSⅠ型板式轨道力学模型,采用可压缩超弹单元模拟树脂层,分析不同扣件阻力、轨道板与CA砂浆间的摩擦阻力条件下的填充树脂层受力。结果表明:在纵向荷载作用下,一旦树脂层发生塑性变形,随着荷载消失和温度下降,树脂层将无法完全回弹,因而产生离缝,并在梁端转角和列车振动荷载作用下进一步发展;在扣件纵向阻力较大时,树脂层会从轨道板下表面与树脂层相接触的位置剪切破坏;轨道板与CA砂浆层之间的摩擦阻力对树脂层的压缩位移和剪切应力的影响不大。     

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。     

CRTSⅡ型轨道板上拱变形及对钢轨的影响

运营过程中发现CRTSⅡ型轨道板边角位置与砂浆层之间存在离缝,而现有研究除考虑宽窄接缝破损外,均未涉及宽窄接缝处上拱变形的情况。本文根据推板试验结果对砂浆层与轨道板的水平连接施加不同的约束方式,分析轨道板上拱的成因及其对钢轨变形的影响。研究结果表明:轨道板上拱主要由CA砂浆层的水平约束刚度不均匀引起;当轨道板各层温度均高于施工锁定温度处于升温状态时,轨道板的最大上拱变形纵向上出现在宽窄接缝处,横向上出现在板中;轨道板变形随着离缝区域的增大逐渐趋于平稳;变形传递系数在正温度作用下为0.63,在负温度作用下为0.31。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的疲劳力学性能分析

研究目的:目前无砟轨道结构在高速铁路中应用广泛,但对其疲劳问题的研究却并不多见。为了探究路基上CRTSⅡ型无砟轨道结构体系在恒载、温度和列车往复荷载作用下的疲劳力学性能,本文基于等效静力法实现了CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的疲劳力学性能及损伤发展的三维仿真分析,揭示出CRTSⅡ型板式无砟轨道结构体系在运营过程中的经时性能演变规律。研究结论:(1)冬季轨道板大部分区域处于受拉状态,假缝处可能发生开裂损伤;夏季轨道板基本处于受压状态,仅板底假缝附近局部受拉;(2)轨道板、CA砂浆、支承层最大应力随着时间增加而减小,竖向位移差随着时间增加而增大,但都在约20年后趋于稳定;(3)轨道板除假缝(拼缝)位置外基本无严重疲劳损伤,且各条假缝(拼缝)的开裂损伤发展会在5年内趋于稳定,最终各断面的开裂面积比大约稳定在0.7左右;(4)本文可为路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构体系的设计、维护和维修提供一定的理论依据。     

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CRTSⅡ型板式无砟轨道竖向温度分布、温差分布和温度梯度分布均呈"S"形非线性分布,且呈周期性变化;轨道板与CA砂浆层间竖向温度梯度为正温度梯度,最不利竖向负温度梯度发生于CA砂浆层与底座板层间;CA砂浆内部竖向温度梯度最显著,最大值为27.0℃/m;无砟轨道横向温度分布呈抛物线型,三维温度分布呈马鞍形曲面。     

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。     

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.     

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。     

持续高温作用下CRTSⅡ型无砟轨道层间离缝分析

在夏季持续高温天气下,CRTSⅡ型板式无砟轨道由于温度梯度的持续作用,轨道板与砂浆层之间易产生层间离缝。基于现场气温与轨道板温度梯度实测数据,采用有限元建模计算分析持续正温度梯度作用下轨道板与砂浆层间离缝产生和发展的特征。研究结果表明:持续高温天气期间,轨道板温度整体高于气温,且温度力作用过程中正温度梯度虽未超过规范规定的轨道板设计正温度梯度90℃/m,但轨道板与砂浆层之间仍能产生层间离缝。通过比较,持续高温与温度梯度90℃/m作用下,两者层间损伤程度较为接近,且靠近板角位置层间离缝现象比其他位置更加严重。建议工务部门重视持续高温对无砟轨道工作性能的影响。     

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。     

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。     

CA砂浆离缝对桥上CRTS Ⅰ型板式无砟轨道的影响分析

我国高速铁路无砟轨道无缝线路发展迅速,但随着列车的运营,轨道板与CA砂浆层之间常会出现离缝,这将对无砟轨道的长期服役性能产生一定的影响。以高速铁路多跨简支梁上CRTS Ⅰ型板为例进行分析,研究板边、板端、板角、板中4种典型CA砂浆离缝病害对轨道几何形位及对无缝线路受力变形情况的影响。研究结果表明:离缝病害作用下,随着桥轨间温差变大,轨道水平偏差增幅较大,轨道高低偏差最值偏大,并且板端病害对离缝区平顺性影响大。在温度荷载作用下含病害的轨道结构伸缩受力更加明显,尤其体现轨道板、底座板上,其中板边位置的病害受力变形最为明显。在列车荷载作用下在离缝病害区域轨道结构挠曲受力情况变化较大,其中板角及板端病害影响大。根据计算结果建议在无缝线路养护维修时着重检查轨道板及底座板下表面的情况,及要注意检修钢轨正下方病害情况。     

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。