山地米轨铁路有砟轨道结构稳定性研究

研究目的:本文以某山地米轨铁路为例,研究坡度250‰以上有砟轨道结构的稳定性和极限坡度。首先进行米轨混凝土枕的道床阻力测试试验,并建立轨排结构有限元模型,分析坡度和扣件阻力对轨排结构稳定性的影响;接着建立米轨有砟轨道三维有限元模型,研究坡度与竖曲线半径对有砟道床稳定性的影响;最后,根据扣件阻力、道床阻力与大坡道有砟轨道稳定性的关系提出米轨有砟轨道极限坡度和竖曲线半径的建议值。研究结论:(1)通过试验测试,得到了道床阻力-位移关系,结果表明轨排结构的稳定性随坡度增大而减弱,在扣件阻力不大于10 k N/组时其极限坡度为500‰;(2)有砟道床的稳定性随着坡度的增大而逐渐减弱,在列车荷载作用下,有砟道床保持稳定的最大坡度为500‰;(3)变坡点凸形竖曲线附近道床稳定性弱于直坡道地段,且其稳定性随着竖曲线半径的增大而逐渐增强,在坡度为250‰的情况下,为了保持有砟道床稳定竖曲线半径不能小于400 m;(4)本文研究成果可为米轨铁路大坡道有砟轨道结构稳定性分析提供理论与试验依据。     

有砟轨道道床断面检测系统的研制

为满足铁路现场有砟轨道道床高效养护维修的需要,研制了一套基于激光扫描技术的有砟轨道道床断面检测系统。该系统配备高精度激光扫描传感器,在车辆高速运行的状态下实时获取有砟轨道道床区域的高精度点云信息,并通过多坐标系变换进行空间映射从而建立基于轨道坐标系的道床三维模型,最后基于凸集理论和空间分析算法模型实现了有砟轨道道床断面缺陷和盈/欠砟量的快速自动检测。铁路线路试验表明该系统能够快速高效地检测有砟轨道道床状态,为铁路有砟轨道道床养护维修提供准确、可靠的数据。     

弹性轨枕+道砟垫有砟轨道疲劳性能试验研究

为研究弹性轨枕+道砟垫有砟轨道结构疲劳损伤特性,建立轨道结构实尺模型,开展疲劳试验,探究轨道结构在周期循环荷载作用下的疲劳特征,通过测试钢轨、轨枕位移,轨距,道床沉降高度,轮轨力变化规律来反映轨道结构的疲劳特性。试验结果表明:300万次疲劳荷载前后,弹性轨枕+道砟垫有砟轨道各部件均保持完好;钢轨和轨枕在循环荷载作用下,两者位移逐渐减小并趋于稳定;轨距基本保持不变;道床因循环荷载作用逐渐密实,在加载初期其高度有所下降,后期保持不变;轮轨力在加载过程中基本保持稳定。反映出弹性轨枕+道砟垫有砟轨道在循环荷载作用下,仍能够保持良好的几何形位及受力状态,耐久性良好。     

高铁桥上有砟轨道梁端周期不平顺演变规律及道床支承状态检测方法

针对高速铁路简支梁桥上有砟轨道梁端周期不平顺的形成机理及演变规律开展研究，重点分析环境温度对轨道周期不平顺的影响规律，并提出一种能快速检测有砟轨道枕下道床支承状态的方法 （BDS法）。结果表明：环境温度荷载引起的梁端道砟滑移流变会导致梁端道床支承刚度不足，引起轨枕局部空吊，导致梁端轨道高低周期不平顺，且环境温度变化量越大，梁端轨道高低不平顺变化量越大；32 m简支梁有砟轨道梁端周期不平顺会引起脱轨系数最大值增加25.4%，平均值增大11.9%，轮重减载率最大值增大178.68%，平均值增大130.27%。BDS法可实现枕下道床支承状态的快速无损检测，可与小型捣固机配合对高铁有砟轨道梁端周期不平顺进行整治。     

北京新机场线高架地段双块式无砟轨道结构设计

北京新机场线是我国首条最高速度达160 km/h的地铁线,轨道结构采用双块式无砟轨道,高架地段首次采用取消底座结构设计,为了保证轨道结构的安全可靠,有必要对无砟轨道道床结构进行结构选型及配筋设计。通过建立高架地段无砟轨道结构的有限元模型,对道床板板长、板宽、板厚进行了选型分析。针对无砟轨道无底座设计方案,考虑了列车荷载、温度梯度、桥梁挠曲3种主要荷载类型,提出了荷载组合方案,研究其关键控制因素,对道床板进行了配筋设计及检算。通过参数比选,完成了道床板的尺寸参数选择;在3种荷载类型中,温度梯度在道床板中引起的弯矩值最大,在设计荷载中占据主导因素,合理减小道床截面高度可有效降低温度梯度作用;道床板配筋应以控制裂缝为原则进行设计。     

基于极限状态法的板式无砟轨道结构检算与优化

以CRTSⅠ型板式无砟轨道为对象,根据Q/CR 9130—2018《铁路轨道设计规范(极限状态法)》计算了路基上预应力混凝土轨道板在列车荷载、温度梯度和不均匀沉降作用下的荷载效应,进行了承载能力极限状态与正常使用极限状态的检算与优化.结果表明:承载能力极限状态下,纵向正、负弯矩受偶然组合控制,横向正、负弯矩受基本组合控...     

铁路道床状态评估及大修决策关键技术

为了更好地进行有砟轨道大修决策，本文对国内外有砟道床的大修时机判定方法、道床状态的检测方法及合理评价指标进行分析，考虑轨道质量指数的劣化速率、道床脏污程度、线路通过总质量及轨道刚度均匀性四项因素，提出了道床状态综合评价指标——道床健康指数。结果表明：线路累计通过总质量及道床脏污率是目前道床大修时机的主要判定依据；基于探地雷达的有砟道床脏污连续检测及评估技术可为道床大修时机的判定提供重要依据，但需进一步考虑道床脏污成分的影响；轨道刚度是影响维修工作量的主要因素，可通过加载车进行连续检测，但需研究不同线路运营条件下刚度合理评价标准；道床健康指数计算结果与实际情况一致，可以用来评价道床状态。     

重载铁路无砟轨道对ZPW-2000A轨道电路传输性能的影响

结合重载无砟轨道道床结构对比分析、重载无砟轨道钢轨参数测试、ZPW-2000A轨道电路传输计算等方法,对重载铁路无砟轨道ZPW-2000A轨道电路传输性能进行分析,得出重载无砟轨道线路ZPW-2000A轨道电路极限传输长度。     

高速铁路有砟道床质量评价指标优化方法研究

有砟轨道是我国高速铁路所采用的最主要的轨道结构形式之一,有砟道床的质量状态评价是新建线路及铁路工务部门在日常养护维修工作中关注的重点。通过现场试验,对现行规范中道床纵向阻力、横向阻力及枕下支承刚度3项道床质量状态评价指标的相关性进行研究,通过一次线性回归对实测结果进行分析。并基于Pearson相关性数学模型,提出各项评价指标相关性的量化分析方法。最后基于分析结果,对有砟道床质量状态关键评价指标中道床阻力的测试设备及测试方法进行优化。研究结果表明:道床纵、横向阻力之间呈现了较强的正相关关系,而道床阻力与支承刚度间的相关性并不明显。因此,建议相关规范在确定高速铁路有砟道床质量评价标准时,考虑采用道床横向阻力一项指标代替道床纵、横向阻力两项指标,以优化有砟道床评价体系。     

大坡道米轨道床阻力及轨排稳定性研究

为研究大坡道米轨(齿轨)有砟轨道结构稳定性,通过建立米轨离散元和有限元轨排模型,分析该结构在不同坡度条件下道床阻力变化及在荷载作用下轨排纵、横向稳定性。研究表明:(1)受轨枕与道床之间正压力减小和道砟颗粒之间接触减弱的共同作用,随着坡度增大,轨枕道床纵、横向阻力逐渐降低,且降低幅度明显高于轨枕与道床间正压力的降低幅度;(2)随着坡度的不断增大,在纵向制动荷载作用下轨枕位移显著增大,且有砟道床整体稳定性逐渐降低;(3)综合考虑轨枕位移及有砟道床整体稳定性,建议米轨有砟轨道最大坡度不超过500‰;(4)在温度荷载及制动荷载作用下,为保证米轨铁路曲线段的横向稳定性,在坡度为250‰时,无齿轨段曲线半径≮700 m,有齿轨段曲线半径≮600 m。     

基于极限状态法的桥上长枕埋入式无砟轨道结构设计

长枕埋入式无砟轨道在我国桥上铁路应用较少,为了能够给今后桥上无砟轨道设计和建造提供参考,在某大桥工程情况的基础上,运用极限状态法,在考虑耐久性的情况下,采用简化模型,对桥上客货共线长枕埋入式无砟轨道进行结构设计。我国铁路极限状态法设计规范尚未系统的建立起来,因此参照德国无砟轨道极限状态法设计规范进行荷载取值和设计计算。计算结果表明,桥上客货共线单层长枕埋入式无砟轨道满足静力要求,而且对桥梁的适应性较好;当配筋率达到1.1%~1.2%即可满足耐久性要求。     

基于WJ-12型扣件的双块式无砟轨道结构优化设计

既有双块式无砟轨道结构在以货为主的客货共线铁路上存在扣件、轨枕安全储备不足、道床开裂严重等问题，尚未推广应用。针对上述问题，对采用WJ-12型扣件、配套无挡肩双块式轨枕的无砟轨道进行结构优化，并将隧道地段基础不均匀沉降作为偶然荷载纳入作用效应组合，基于数值模拟和极限状态法对道床板配筋进行重新设计。结果表明：为便于养护维修、增强轨道绝缘性能，满足钢筋保护层厚度，隧道地段轨道结构高度建议调整为545 mm;为减少施工流程，提高无砟轨道施工及运营质量，建议双块式轨枕取消穿筋孔设置；与高速铁路双块式无砟轨道通用参考图对比，建议客货共线双块式无砟轨道距隧道洞口小于200 m范围加强横向配筋，大于200 m范围加强纵向配筋。     

桥上长枕埋入式轨道层间连接状态分析

针对桥上单层长枕埋入式无砟轨道的层间连接状态,建立长枕埋入式无砟轨道力学模型,应用有限元法,分析在多种工况作用下道床板和桥面板层间受力情况。结果表明:在整体降温、列车荷载、温度梯度和荷载组合的作用下,板间剪切应力在道床板两端达到最大,并从板边到板中逐渐减小,且道床板厚度的变化对层间连接状态有影响。在荷载的作用下,道床板板端一定范围内剪切应力会超过设计值2.75 MPa,产生层间破坏,影响轨道结构的耐久性,需要配置钢筋或者采取拉毛等措施加强层间连接作用,以使道床板能够正常使用。根据《钢结构设计规范》中钢筋连接件的计算公式对250 mm厚的道床板进行配筋设计,为长枕埋入式无砟轨道的推广使用提供理论依据。     

高速铁路有砟道床纵向阻力滞回曲线特征及规律研究

针对有砟轨道道床纵向阻力的强非线性特点,通过足尺试验模型,在不同加载速率和位移极值的周期性纵向荷载作用下,研究散体道床的纵向阻力滞回曲线特性及规律。结果表明:散粒体道床在周期性荷载作用下的卸载曲线与加载曲线不重合,加、卸载曲线形成一条闭合的、呈中心对称的滞回曲线;滞回曲线的形态特征并非理想的滞回状态,滞回环面积随位移幅值的增加线性增大;位移幅值越大道床能量耗散系数越大,道床耗能能力越强,滞回曲线越饱满;道床的动刚度近似随荷载循环周次的增加线性递减;滞回曲线分段刚度值受位移幅值影响明显,不同位移幅值下的滞回曲线分段刚度值不同。有砟道床纵向阻力具有滞回特性说明其正常使用状态存在动态耗能行为,有助于深入研究高速条件下有砟线路的高稳定性、高可靠性和高安全性。     

整体道床无砟轨道现浇道床板新老混凝土黏结面应力分析

对整体道床无砟轨道现浇道床板新老混凝土黏结面的应力状态进行了热—结构耦合分析,分析结果表明,轨枕结构尺寸对现浇道床板新老混凝土结合面的黏结应力有较大影响,为优化现浇整体道床无砟轨道结构提供了参考。     

含裂纹的双块式无砟轨道道床垂向振动特性分析

基于线弹性断裂力学理论和车辆-轨道耦合动力学理论,采用有限单元法,建立含道床裂纹的车辆-双块式无砟轨道垂向耦合动力学模型,模型中通过设置奇异等参元来反映三维裂尖应力场、位移场的奇异性,由节点位移外推法得到在列车动荷载作用下道床裂尖的应力强度因子,最后探讨裂纹对道床振动特性的影响。结果表明:在列车动荷载作用下,裂尖附近的应力场强度主要由Ⅰ型应力强度因子控制,裂纹出现张开与闭合的交替状态,裂纹在一次列车动荷载作用下不会发生失稳扩展,但应注意其疲劳扩展导致道床的断裂破坏;裂纹对道床的振动位移和振动加速度影响较小,但对道床的动弯应力和道床下层钢筋的动应力影响明显,会加速道床的疲劳损伤。     

地铁预制板式无砟轨道空间力学特性研究

针对地铁预制板式无砟轨道力学特性理论研究存在的不足,建立地铁预制板式无砟轨道三维非线性有限元空间力学模型,研究单一及组合荷载下普通和减振地段地铁预制板式无砟轨道空间力学特性。研究结果表明:列车和无砟轨道下部基础不均匀沉降荷载对地铁预制板式无砟轨道力学特性有较大影响,而温度荷载只对挡块受力有一定的影响;列车荷载、无砟轨道下部基础不均匀沉降荷载及组合荷载下减振地段和普通地段地铁预制板式无砟轨道力学特性差别很大;单一荷载计算结果叠加和组合荷载计算结果有较大差别,宜对组合荷载下地铁预制板式无砟轨道力学特性进行分析研究;地铁预制板式无砟轨道有限元分析模型宜考虑层间接触状态非线性,并考虑挡块与轨道板相互作用。     

城市轨道交通宽枕板式固化道床轨道结构动力特性

以乌鲁木齐城市轨道交通1号线为依托,设计宽枕板式聚氨酯固化道床轨道结构,并进行动力特性和减振性能研究。结果表明:与无砟轨道结构相比,宽枕板式聚氨酯固化道床轨道结构在列车振动荷载作用下会产生迟滞弹性变形,有利于能量耗散,轮轨垂向力均值及峰值分别减少17.9%和9.8%;无砟轨道结构脱轨系数在0.04～0.22范围内,而宽枕板式聚氨酯道床轨道结构脱轨系数在0.03～0.08范围内,行车稳定性更高;与无砟轨道结构相比,宽枕板式聚氨酯固化道床轨道结构的Z振级插入损失为8.1 dB,最大插入损失为11.18 dB,对应中心频率为40 Hz,具有较好减振性能。     

钢管混凝土双块式轨枕无砟轨道结构疲劳性能试验研究

新型钢管混凝土(CFT)双块式轨枕克服了桁架钢筋双块式轨枕存在的生产制造复杂、存放易锈蚀、运营阶段易开裂等问题,可广泛应用于高速铁路和城市轨道交通无砟轨道结构。为检验CFT双块式轨枕无砟轨道结构的疲劳性能,采用11根预制CFT双块式轨枕现浇制作足尺无砟轨道结构节段模型,开展橡胶隔振垫式减振轨道和现浇整体式轨道节段的疲劳试验,揭示其疲劳损伤特性,分析典型疲劳加载循环次数后静载作用下轨道结构应变和变形分布及其演化规律。研究结果表明：1.5倍静轴重的疲劳荷载累计作用500万次后,减振节段及整浇节段CFT双块式轨枕无砟轨道结构混凝土均未出现肉眼可见的裂缝,轨枕与现浇道床整体工作性能良好,疲劳性能满足规范要求;停机开展静载试验过程中轨道结构各测点混凝土横向应变值随荷载增大而近似线性增大,最大拉压应变值均远小于混凝土的极限应变值,工作状态良好;轨道整浇节段道床板中处于整体受拉的状态,可见设置层间连接钢筋实现了道床与底座的共同工作;疲劳试验过程中轨道结构测点竖向位移值总体随着静载的增大而逐渐增大,位移量级较小,满足规范要求,减振轨道节段竖向位移值及其变化率大于整浇轨道节段。研究结果可供类似研究及钢管...     

无砟轨道裂缝修复施工工艺研究

无砟轨道混凝土裂缝的主要呈现形式有轨枕端部"八"字裂缝、道床横向非贯通裂缝与贯通裂缝、支承层假缝处的道床反射裂缝和支承层非假缝处横向裂缝。其中,混凝土配合比、现场施工工艺、外部环境是无砟轨道产生裂缝的主要原因;应用HM系列无砟轨道裂缝修复材料对裂缝进行修复,取得了良好效果。