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。     

桥上双块式无砟轨道道床板防裂优化设计研究

研究目的:受地理环境及天气等因素的影响,无砟轨道结构温度场分布不均且变化剧烈,在强烈且持续的温度荷载作用下,道床板易出现开裂现象。本文以京张高铁为背景,基于太阳辐射及边界换热理论,通过ABAQUS有限元软件建立桥上双块式无砟轨道结构温度场分析模型及顺序热应力耦合模型,探究温度荷载下道床板开裂机理及优化方法。研究结论:(1)道床板板中温度梯度波动幅度最大,正温度梯度可达+62. 32℃,负温度梯度可达到-31. 02℃;(2)道床板板中较易出现龟纹裂缝,在轨枕棱角接触处较易出现45°斜向裂缝,且裂缝较易发生横向发展,在道床板边缘处,较易发生垂向纵深裂纹;(3)增加抗裂斜筋后,道床板整体温度纵向应力最多减小5. 27%,效果不明显;(4)增加伸缩缝后的轨道结构道床板,温度应力的偏斜程度及离散程度均小于传统轨道结构,对于温度荷载的抵抗能力优于传统结构;(5)本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。     

路基上双块式无砟轨道道床板空间力学特性研究

研究不同荷载作用下,高速铁路路基上双块式无砟轨道道床板空间力学特性。钢轨及道床板中钢筋用梁单元模拟,道床板、双块式轨枕、支承层以实体单元模拟,钢轨与道床板、道床板混凝土与钢筋、支承层与路基之间的连接用弹簧单元模拟,建立了可考虑混凝土开裂的路基上双块式无砟轨道三维有限元力学模型,分析了自重荷载、列车垂向荷载、不沉匀沉降荷载、温度梯度荷载作用下道床板的空间力学特性。结果表明:温度梯度荷载对混凝土纵、横向拉应力的影响最为显著;在列车荷载、不均匀沉降及温度梯度荷载作用下,钢筋纵向拉应力均超过了20 MPa;不同荷载作用下,支承层厚度、支承层弹性模量、道床板厚度等参数变化对混凝土和钢筋力学特性的影响不同;混凝土和钢筋纵向拉应力随着道床板裂缝间距的增加而增大。     

双块式无砟轨道轨枕与道床交界面损伤特性分析

CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道道床板为现浇混凝土部件结构,轨枕为预制结构部件,在新、旧混凝土交界处存在界面易开裂的问题。建立CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道有限元模型,用cohesive内聚力单元模拟运营阶段轨枕与道床交界面,研究运营阶段在列车荷载和温度荷载作用下轨枕与道床交界面力学特性。结果表明:整体降温作用下,道床与轨枕交界面长边先出现损伤,并扩展到轨枕角处的交界面;交界面短边沿道床深度界面损伤逐渐变小,底部损伤只发展到轨枕角;在正温度梯度作用下,交界面主要不利受力区域为4个轨枕角及长边中上部区域,易出现损伤;在负温度梯度作用下,交界面长边受拉破坏,轨枕角交界面上部发生破坏;仅列车荷载作用下,不会造成界面破坏。     

湿度影响下双块式无砟轨道道床板新旧混凝土界面力学特性研究

在湿度影响下，混凝土的力学性能会随其内部不均匀的湿度场产生不同程度的变化，故水环境中的双块式无砟轨道各混凝土部件(轨枕、道床板及支承层)内部的材料性能存在差异，在长期荷载作用下易产生伤损。因此，探明由湿度导致材料性能变化对水环境中无砟轨道局部力学行为及损伤所带来的影响，对研究无砟轨道水致损伤形成和发展机理具有一定参考价值。通过建立双块式无砟轨道有限元实体模型，对水环境中双块式无砟轨道道床板新旧混凝土界面位置处的应变分布及疲劳损伤情况进行分析。结果表明：考虑湿度影响后，水环境中双块式无砟轨道道床板新旧混凝土界面位置处的变形性能与抗疲劳特性均有一定程度的削弱，长边接触面所受影响最为显著，其最大主拉应变增长31.6%,剪切疲劳寿命减短30.4%,出现在该面中上方位置，该处将是裂纹较早萌生的位置。     

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...     

桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道早期开裂行为研究

以桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道为研究对象,基于混凝土早期性能发展基本理论,利用Ansys建立三维温度场与应力场分析模型,考虑养护方法、拆模龄期、拆模温度与钢筋直径等参数影响,对双块式无砟轨道早期开裂行为进行数值模拟。结果表明：无砟道床不同位置处混凝土主拉应力整体呈循环上升趋势;拆模前后混凝土应力时程曲线波动程度差异较大,拆模后4 h内道床混凝土主拉应力时程曲线出现明显增长。合理选用养护方式可有效降低道床板早期开裂风险;伴随着拆模龄期的延长与拆模温度的升高,拆模后无砟道床4 h内温度改变量与道床混凝土开裂风险均呈降低趋势;相同配筋率下,减小钢筋直径可降低桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道早期开裂风险。     

温度及收缩荷载下路基上双块式无砟轨道力学及裂缝特性研究

温度及收缩荷载是双块式无砟轨道的重要荷载.以路基上双块式无砟轨道为研究对象,道床板中钢筋用梁单元模拟,道床板、双块式轨枕、支承层以实体单元模拟,道床板混凝土与钢筋、支承层与路基之间的连接用弹簧单元模拟,建立了考虑混凝土开裂的钢筋与混凝土相互作用有限元力学模型,并编制了相应的计算程序.研究了温度及收缩荷载下路基上双块式无...     

CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕松动修复试验研究

在运营的无砟轨道线路上调查发现,CRTSⅠ型双块式无砟轨道在预制轨枕与现浇道床板接触面间出现裂缝和道床板面混凝土掉块.本文分析了 CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕松动的原因,通过现场测试对比分析了松动轨枕在修复前后钢轨、轨枕、道床板的垂向位移及加速度的变化情况.研究结果表明,松动轨枕修复后,钢轨、轨枕的垂向位移及加速度均明显减小,轨枕纵横向翻转幅度也明显减小,修复前后道床板的加速度变化较小.及时修复轨枕块松动应作为该类型无砟轨道日常养护维修工作的主要内容之一.     

纵向轨枕式无砟轨道界面裂缝对轨道力学性能的影响

纵向轨枕轨道结构改用预制混凝土纵梁连续支撑的结构设计,故预制轨枕与道床板的新旧混凝土界面是结构稳定分析不可回避的因素。为了分析新旧混凝土界面对整体结构的影响,并为纵向轨枕式无砟轨道设计提供相关参考,通过建立纵向轨枕式无砟轨道的二维有限元计算模型进行研究。结果表明:纵向轨枕式无砟轨道在列车荷载和温度变化作用下,轨枕与道床板界面附近会出现纵向裂缝,并裂缝加快扩展。界面裂缝对轨道内部应力分布影响很大,对钢轨扭转有一定影响。     

双块式无砟轨道轨枕松动修复材料性能分析

在外界荷载作用下,双块式无砟轨道中预制轨枕与现浇道床板粘结面作为轨道结构的薄弱处,容易出现轨枕松动,这将降低轨道结构的承载能力及影响轨道的平顺性。基于有限单元法,建立含轨枕松动修复材料的双块式无砟轨道梁体模型,分析在列车荷载及温度荷载作用时修补材料的力学性能,以期为双块式道床板裂缝维修提供一定的理论基础。研究表明:修复材料及道床板的拉压应力随着修复材料的厚度增加而减小,随弹性模量的增大而增加;建议修复材料的弹性模量为100⁵00 MPa。     

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。     

双块式无砟轨道路桥过渡段道床板上拱整治技术研究

针对双块式无砟轨道路桥过渡段道床板上拱问题,分析了路桥过渡段道床板上拱原因及影响因素。研究结果表明:降低道床板温度及温度梯度有利于减小道床板的上拱量;黏结强度及摩擦因数的增大可以降低道床板的上拱量;合理的销钉布置能够有效整治因道床板上拱引起的轨道结构整体性与稳定性问题,当在道床板20 m范围内锚固销钉时,上拱变形最大值约为0.93 mm,较未布置销钉的上拱变形量大幅降低,且上拱范围减小至4 m左右。提出了双块式无砟轨道道床板上拱通用整治技术方案及工艺流程,方案中采用M25×480钢筋作为锚固销钉,销钉布置在轨枕盒1/4处。形成的技术措施及经验可为我国高速铁路双块式无砟轨道类似病害的养护维修提供借鉴。     

成都地区双块式无砟轨道温度场特性研究

为获取成都地区双块式无砟轨道温度场分布特征,在成都市郊设立一段CRTSⅠ型双块式无砟轨道,进行连续一年的温度和气象要素实时观测,对不同季节轨道结构内部温度与气象要素的对应关系进行综合分析。研究结果表明:晴天时轨道结构内部的温度随气温的变化呈周期性波动,轨道结构垂向上相邻2层温度极值出现的时间依次滞后,而阴雨天时周期性变化规律不明显,说明道床板温度主要受太阳辐射影响,特别是道床板表面以下50 mm范围内;道床板板角、板边及板中的温度日变化幅度与气温日变化幅度均呈线性相关关系,道床板日温度荷载取值建议参照道床板中部实测数据选取;道床板垂向温度荷载模式呈指数函数分布;利用多元线性回归分析的方法得到道床板垂向最大正温度梯度耦合预估模型,其相似度高于0.85,可用于工程结构设计荷载的预估。     

双块式无砟轨道连续道床板裂纹修复材料性能分析

双块式无砟轨道在外界荷载作用下,连续道床板容易开裂形成裂纹,裂纹的产生会降低道床板的耐久性和承载能力,影响双块式无砟轨道在服役期间的使用与安全性。当连续道床板出现裂纹时,应该采取措施来维持双块无砟轨道的正常的使用和耐久度。基于有限单元法,建立含道床板贯通裂纹的双块式无砟轨道梁体模型,分析最不利荷载作用时所适合的修补材料,以期为双块式道床板裂缝维修提供一定的理论基础。研究表明:不同宽度裂纹对维修材料性能要求不同,随着裂纹宽度的增加,材料所受到的拉应力越小,越小宽度的裂缝对材料的延伸率要求越高。     

单元双块式无砟轨道道床板温度翘曲变形的影响研究

单元双块式无砟轨道中的道床板在温度梯度作用下会产生翘曲变形,可能对轨道几何形位产生不利影响,从而危害行车安全。采用有限元方法建立单元双块式无砟轨道计算模型,探索温度梯度作用下道床板的翘曲变形规律及其对轨道几何形位的影响。结果表明:在正温度梯度作用下,道床板的翘曲变形较大,可能危害高速行车安全,需采取措施进行控制;而在负温度梯度作用下,道床板的温度翘曲变形较小,可忽略。     

山西中南部铁路通道隧道内铺设无砟轨道适应性研究

对30 t轴重重载铁路隧道内CRTSⅠ型双块式无砟轨道和弹性支承块式无砟轨道静力学、动力学特性进行了系统对比分析。结果表明:CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构整体性较强,施工工艺简单,经济性较好,但道床板与轨枕新老混凝土结合面易产生裂纹,裂纹控制较困难,施工质量受工具轨、扣件等影响;弹性支承块式无砟轨道对于大轴重的适应性好,可修复性好,对隧道口温度梯度的适应性好,橡胶套靴能够有效地保护轨枕和道床,减振效果好。推荐重载铁路隧道内采用弹性支承块式无砟轨道结构。     

干旱区CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板裂缝成因及防治措施

基于兰新客运专线与宝兰高速铁路CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板裂缝防治的现场实践经验,总结出西北干旱区道床板裂缝主要有轨枕四角处八字裂缝、轨枕周围环向裂缝、道床板两侧"7"字裂缝、道床板横向"1"字裂缝、道床板表面网状龟裂等形式。分析了裂缝成因,并提出可通过优化结构形式、改善混凝土配合比、加强混凝土制备及运输过程控制、改进施工工艺、加强早期养护、改进施工条件、适时拆除工装等措施来预防和控制裂缝的形成。     

支承层参数变化对双块式无砟轨道结构力学性能的影响

针对双块式无砟轨道的结构形式,建立了钢轨—扣件—轨下垫板—双块式轨枕—道床板—混凝土底座—弹性基础的有限元分析模型,应用ABAQUS软件,对比分析了支承层参数变化对于双块式无砟轨道结构力学性能的影响,为双块式无砟轨道的设计提供依据。     

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...