路基上CRTSⅡ型板式轨道裂纹影响分析

为分析路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道轨道板开裂对车辆和无砟轨道结构的影响,根据弹性地基梁理论、有限元方法和轮轨系统耦合动力学理论,建立了弹性地基梁体的有限元模型和车辆-轨道-路基垂向耦合振动模型.采用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,分析了轨道板开裂对轨道结构的静、动力学性能和行车性能的影响.分析结果表明:轨道板开裂对轨道结构受力的影响较小,不影响行车的平稳性和安全性;随列车速度增大和轨道板开裂,均会增大轮轨作用力和轨道结构的动力响应;在裂缝地段,应采取减振、隔振、控制轨道几何不平顺等措施降低轨道结构的动力响应;轨道板开裂将影响无砟轨道的耐久性和使用寿命,应及时修补.      

高速铁路无砟轨道路基结构适应性动力分析

为了解高速铁路轨下基础结构的动力适应性,在系统回顾轨下基础结构分析发展历程的基础上,通过有限元数值积分方法,建立了遂渝线无砟轨道路基模型,分析了列车运行速度、轴重及基床表层弹性模量对基床表层动应力、竖向动位移和竖向加速度等动力响应的影响规律,探讨了无砟轨道在列车轮载作用下的结构行为.研究表明:基床的结构性能直接影响轨下基础的结构状态,有必要加强轨下基础结构;新型轨下基础结构(如沥青混凝土整体道床)可以很好地满足无砟轨道结构和功能的要求,应作为重点研究方向之一.     

CRTSⅡ型板式无砟轨道开裂机理分析与处治方法研究

我国高速铁路中普遍应用了CRTSⅡ型板式无砟轨道,使用中发现CRTSⅡ型板式无砟轨道普遍存在底座板开裂和水泥乳化沥青砂浆填充层与轨道板间开裂现象,分析了产生原因并分别提出了处治措施。对于底座板裂缝大于0.3mm,建议采取扩槽、涂抹弹性树脂材料表面封闭处理;对于水泥乳化沥青砂浆填充层与轨道板间的开裂,建议使用专用的灌浆材料、采用低压注浆的原理对砂浆离缝进行整治。可为类似工程提供有益借鉴。     

温度荷载作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道材料参数对界面损伤的影响

高速铁路板式无砟轨道在施工和服役过程中,结构材料参数可能发生改变,并与其工程设计值有较大差别,这种改变对轨道板与砂浆层之间界面的损伤有何影响,目前还缺乏较深入的研究。本文建立了CRTS Ⅱ型板式无砟轨道有限元模型,采用内聚力模型模拟界面的损伤行为,分析了在90℃/m极端温度梯度荷载作用下,轨道板弹性模量、砂浆层弹性模量和界面黏结强度对轨道板与砂浆层界面损伤的影响。结果表明:轨道板和砂浆层弹性模量对界面损伤的影响规律基本一致,高弹性模量恶化了界面受力情况,将加大界面损伤程度和损伤区域;界面黏结强度对界面损伤有显著的影响,当黏结强度小于其设计值时,界面损伤随黏结强度降低而快速恶化。     

路基上双块式无砟轨道结构的参数影响分析

针对路基上双块式无砟轨道的结构形式,建立钢轨-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,应用大型国际通用有限元分析软件ABAQUS,对比分析不同的扣件刚度、不同的支承层厚度以及支承层弹性模量的变化对于路基上双块式无砟轨道结构的影响,为我国无砟轨道的结构设计和工程实践提供依据。     

无砟轨道桩板结构路基施工技术

铁路无砟轨道,由于受到线路高程调整能力的限制,对路基的工后沉降提出了非常严格的要求。有效控制路基沉降,是无砟轨道结构施工中的一个重大课题。遂渝线无砟轨道综合试验段路基首次采用了桩板结构新型路基形式,介绍了无砟轨道桩板结构路基施工过程中钢筋混凝土桩基与横梁及钢筋混凝土承载板施工等关键技术,可为类似工程施工提供借鉴。     

路基上纵连板式无砟轨道动力特性分析

为研究土质路基上纵连板式无砟轨道动力性能,建立了列车-路基上纵连板式无砟轨道耦合动力学模型.模型中,将纵连板式无砟轨道及路基视为空间层状粘弹性体,采用连续体建模法,建立其运动微分方程并用Galerk in法进行离散变换;分析了CRH2-300动车组以300、350 km/h速度运行时,路基上纵连板式无砟轨道的动力特性,并与京-津城际铁路实测结果比较.结果表明:水泥沥青砂浆最大动应力为46.8~50.5 kPa,小于砂浆层设计指标值15 MPa;动变形随深度衰减较慢,动应力随深度衰减较快;单个转向架产生动应力的影响范围沿线路纵向约为5 m、横向约为3.25 m;轨道板、水泥沥青砂浆层和支承层沿深度方向的变形分布差别不大.     

垫层弹模对CRTSⅢ型板式无砟轨道力学特性影响

利用大型通用软件ANSYS,建立了包括钢轨、扣件、承轨台、道床板、板间树脂、垫层、支承层、基床表层、基础底层的CRTSⅢ型板式无砟轨道三维有限元力学模型,研究了在列车荷载作用下,垫层弹性模量对CRTSⅢ型板式无砟轨道系统力学特性的影响,研究结论对于完善CRTSⅢ型板式无砟轨道设计有指导意义。     

高速铁路无砟轨道桩板结构路基动力特性研究

桩板结构路基是应用于高速铁路无砟轨道一种新的路基结构形式,它由上部钢筋混凝土承载板、钢筋混凝土桩基与路基本体与组成,利用板和桩-土之间的共同作用来满足无砟轨道的强度与沉降变形要求,是介于桥梁与路基之间的一种特殊结构形式,桩土相互作用非常明显。以往工程上都是利用m法处理桩土相互作用,但是对于桩板结构,实测数据表明m法已不再适用。提出了计算桩板结构动力特性一种合理模拟方法,并通过著名有限元软件ANSYS10.0进行分析。与某高速铁路桩板结构动力特性的实测数据的对比结果表明,提出的模拟方法满足一定的工程精度要求：计算值与实测值相差在10%以内。     

寒区高铁沥青混凝土基床表层的温度场特性

为了把握基床表层含沥青混凝土层的温度场特性,采用瞬态传热的有限元分析方法,对寒区高铁无砟轨道结构温度场时空分布规律及沥青混凝土层的影响进行了分析. 首先,建立了基于哈尔滨-齐齐哈尔客运专线无砟轨道结构（CRTS）的温度场数值模型;然后,运用现场观测结果对数值模型进行了校核;最后,运用对比分析方式评估了基床表层沥青混凝土层的温度场特性,以及无砟轨道结构特征横截面与特征点位的温度分布的时变规律. 结果表明:东北地区无砟轨道结构温度场具有明显的非均匀性,其横向温度分布呈现双U型分布特征,温度梯度呈现非线性特性,且随着季节变换呈现较复杂的正负梯度交替变化;东北地区无砟轨道结构对路基温度的影响深度约为0.4 m,月影响深度约为2.5 m,年影响深度可达4.0 m;基床表层铺设的薄层沥青混凝土对路基起到了良好的保温作用,会使得基床表层的日平均温度提高1～7 ℃左右,而寒区无砟轨道结构温度场的分布规律不会显著改变.      

桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔力学特性

为研究桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔的力学特性,根据桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔的特点,采用有限元方法,建立桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔的纵-横-垂向空间耦合计算模型.以铺设在桥上的客运专线18号无砟轨道无缝单渡线为例,研究轨道板/底座板伸缩刚度、摩擦板长度、桥梁形式对桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔力学特性的影响.结果表明:减小轨道板/底座板伸缩刚度,对轨道结构变形影响较小,但下部结构受力明显降低,最大降幅约为90%;增加摩擦板长度,有利于控制桥上无缝道岔的受力与变形,可减小下部结构受力,当摩擦板长度由50 m增至100 m时,端刺受力可减小约18%;桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔宜铺设在连续梁上.     

复合土工膜封闭特殊土路基动态性能模型试验研究

为了分析复合土工膜封闭基床底层特殊土对有砟轨道特殊土路基的保护效果,建立了2组有砟轨道特殊土路基足尺试验模型,研究了在有无复合土工膜封闭特殊土基床底层的条件下,浸水前后有砟轨道特殊土路基试验模型的动态性能.试验结果表明:在同等加载频率和等级条件下,浸水后无布组试验模型振动状态比有布组更剧烈;在未浸水循环动力荷载作用下,当加载次数达到8万次后,有布组和无布组试验模型累积变形均逐渐趋于稳定;在浸水循环动力荷载作用下,无布组累积变形持续增大,而有布组累积变形逐渐趋于稳定,当加载140万次后,无布组基床底层顶面特殊土含水量和地基系数K30值分别增加了41%和降低了39%,有布组基本无变化;采用复合土工膜封闭特殊土基床底层,可有效阻截地表水下渗,防止基床底层特殊土填料浸水软化,使有砟轨道特殊土路基在循环荷载作用下具有良好的长期动力稳定性.     

重载铁路路基基床结构动力分析

通过ANSYS有限元软件建立轨道—路基系统三维模型,分析重载铁路路基基床结构在动力荷载作用下的变化规律,为研究重载铁路路基的力学性能提供技术支持.随着基床弹性模量、密度的增大,基床应力累计叠加逐步增大,基床沉降累计变形逐步减小,基床振动幅度不断增大,振动趋势逐渐平缓,抵抗变形能力减弱.     

列车速度对无碴轨道路基动力特性的影响

为了分析列车速度对无碴轨道路基动力影响,采用层状体系理论,结合有限元方法,建立无碴轨道路基层状有限元模型,考虑了列车荷载的不同速度对基床表层振动加速度、竖向动位移、动应力及其横向分布等路基动力特性的影响,研究了无碴轨道路基荷载作用下的力学行为。结果表明:列车速度对基床表层加速度的影响较大,竖向加速度随荷载速度的提高而增大;列车速度对基床表层动位移影响较小,速度每提高20 km.h-1,其值变化不大于0.05 mm;路基表层动应力随列车速度的提高呈现一定的波动趋势。计算结果与实测结果相似,证明了该模型的正确性。     

基于有限-无限元法的CRTSⅢ板式无砟轨道系统动力参数敏感度分析

CRTSⅢ型板式无砟轨道是具有完全自主知识产权的中国无砟轨道品牌,针对CRTSⅢ型板式无砟轨道车辆-轨道耦合系统动力参数的确定与优化问题,根据CRTSⅢ型板式无砟轨道系统结构特点,运用车辆-轨道耦合动力学理论,采用时域动力有限元方法,并引入无限单元法消除边界效应,建立CRTSⅢ型板式无砟轨道车辆-轨道耦合系统垂向振动模型,并编制MATLAB计算程序,利用单因素敏感性分析法分析了结构参数对车辆-轨道系统动力响应指标的敏感度,从而可为CRTSⅢ型板式无砟轨道结构动力参数的确定与优化提供理论支撑。     

冻胀冻融作用下材料劣化对板式无砟轨道性能的影响

以哈大高速铁路路基冻胀区板式无砟轨道为研究对象,开展了快速冻融循环作用下C60、C40混凝土和砂浆材料标准立方体试件轴心受压和劈裂抗拉破坏试验,研究了冻融循环作用下材料性能劣化规律;在此基础上,建立了考虑限位凸台、环形树脂和层间黏结接触性能的CRTS Ⅰ板式无砟轨道-路基冻胀冻融空间有限元模型,研究了冻融损伤后轨道的静力特性,揭示了底座板的受力状态与损伤特征。研究结果表明:提高混凝土强度等级可显著减缓冻融循环对材料的劣化剥蚀作用,冻融循环加剧会导致结构界面接触状态显著恶化;随着冻融循环作用次数的增加,砂浆层和底座板材料性能劣化显著,弹性模量、层间黏结强度和轴心抗拉强度均大幅减小;与未冻融工况相比,300次冻融循环后,C60、C40混凝土和砂浆的峰值抗压强度降幅分别为14.7%、34.6%和29.9%,C60混凝土与砂浆胶结界面轴心抗拉强度降幅达到90.6%,C60、C40混凝土和砂浆轴心抗拉强度降幅均超过56%;在典型冻胀条件(冻胀波长为10 m,冻胀峰值为8 mm)下,冻胀中心处轨道各结构层上表面均受最大拉应力,在冻胀波脚处出现最大压应力;随着冻融循环次数的增加,轨道板和底座板所受最大拉应力亦不断增加。可见,在设计寒区板式无砟轨道时,底座板为主要控制性构件,底座板中部冻胀为最不利工况。      

不同无砟轨道类型对车辆动力学特性影响的数值分析

利用车辆-轨道耦合动力学理论,建立了不同类型无砟轨道垂向耦合动力学模型,分别计算了整体式无砟轨道、板式无砟轨道以及浮置板式无砟轨道在列车运行下的振动响应,分析比较系统振动响应受无砟轨道道床类型、车速、不平顺波深、扣件刚度和板下弹簧刚度的影响。结果表明,系统振动响应均随车速的提高而增大;车速、不平顺波深、扣件刚度和板下弹簧刚度对整体道床式无砟轨道系统振动响应影响最大,板式无砟轨道次之,对浮置板式无砟轨道系统振动响应影响最小;相对而言,浮置板式无砟轨道动力特性最好,其次为板式无砟轨道,整体式无砟轨道的动力特性最差。     

重载铁路货车轴载作用下嵌入式轨道受力变形分析

为研究嵌入式轨道在重载铁路中的适用性，采用有限元法，建立嵌入式轨道有限元模型，从钢轨应力、钢轨位移、轨道板位移的角度分析货车轴载对嵌入式轨道结构受力及变形的影响，并针对现有嵌入式轨道结构进行优化研究。研究结果表明：货车轴载对嵌入式轨道轨头应力、轨底应力、钢轨横向及竖向位移影响显著，其中，轨头应力、钢轨横向位移均超过限值要求，但其对轨道板位移影响较小；采用75 kg/m钢轨替换60 kg/m钢轨后，轨头应力显著减小，但钢轨横向位移仍然超过限值要求；在此基础上，随着填充材料弹性模量的增大，钢轨应力及位移均显著减小，且均在规范限值内，填充材料弹性模量建议取为400 MPa。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道横向弯曲疲劳试验

为了研究列车疲劳荷载作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道结构横向受力性能,采用实际工程施工现场的材料及施工工艺,利用足尺模型,切割制作6个单承轨台或双承轨台的板式无砟轨道试件,进行橡胶板模拟路基上板式无砟轨道结构的横向弯曲疲劳试验,得出列车疲劳荷载引起的横向弯矩作用下板式轨道试件的应力、变形分布规律及疲劳损伤的发展形态.试验结果表明,在15.0~255.0 kN和42.5~425.0 kN疲劳荷载作用下,模拟路基上单承轨台和双承轨台的试件板中位置轨道板上表面先出现纵向裂缝,随后轨道板横向预应力筋锚固端出现由锚头向轨道板上表面的劈裂裂缝,累计疲劳500万次后,三点弯曲模式下轨道板-充填层复合板试件的自密实混凝土开裂荷载和层间滑移荷载分别减小20%~30%和25%以上,疲劳损伤、层间离缝对轨道板与充填层的协同工作性能有不利影响.      

无砟轨道路基不均匀沉降区高速列车动力特性

为研究路基不均匀沉降对无砟轨道损伤及高速列车动力响应的影响，基于混凝土塑性损伤理论，建立了可考虑无砟道床混凝土损伤行为的车辆-无砟轨道-路基耦合动力学模型，并与线弹性模型计算结果进行对比，分析路基不均匀沉降波长、幅值及行车速度对高速列车动力学特性的影响.结果表明：路基不均匀沉降会造成无砟道床损伤，塑性损伤模型计算结果更能反映轨道服役状态；在各车辆动力学指标中，车体垂向加速度受路基沉降幅值影响最大；车辆动力学响应对波长20 m以下的路基不均匀沉降较为敏感，应对其重点关注；行车速度的增大会增加车辆动力响应，使轮轨作用力明显提升，车辆平稳性指标呈现接近线性的增长趋势.