高速铁路飞砟防治专用聚氨酯适用性研究

研究目的:道砟飞溅是高速铁路有砟道床面临的重要问题,为防治飞砟,本文针对5种低强度防飞砟专用聚氨酯,提出一种可捣固的道床全断面表层固化方案。根据道床纵、横向阻力试验判定喷涂聚氨酯对道床的加固作用;根据风洞试验判定防飞砟性能;根据捣固测试判定可捣固性能;根据单轴无侧限压缩试验判定聚氨酯固化强度增长特征。研究结论:(1) 1号至5号聚氨酯(强度分别为1. 38 MPa、3. 70 MPa、5. 30 MPa、14. 20 MPa、27. 40 MPa)固化后,道床纵向阻力相比固化前提升约6%～16%,道床横向阻力提升约9%～17%,对道床稳定性起到了有效的提升作用;(2)采用强度最低的1号聚氨酯固化时,道床在30 m/s风速(相当于350 km/h列车通过)下并未产生道砟位移情况;(3)除5号聚氨酯强度稍大,捣固时破坏了一定数量的周围粘结,其余4种均可正常完成捣固维修,根据对比分析选取4号聚氨酯为最优;(4) 4号聚氨酯完全硬化需要7 d,可在喷涂1 d后达到最终强度的69%,2 d后达到88%;(5)本研究结果对时速350 km及以上有砟道床结构选型、养护维修具有参考意义。     

无溶剂低黏度聚氨酯灌浆材料的制备研究

基于灌浆材料等体积混合要求,制备了无溶剂的低黏度聚氨酯灌浆材料。灌浆材料性能测试结果显示:固化剂为高活性含活泼氢化合物的灌浆材料黏度低,早期力学强度高;异氰酸酯为液态MDI类单体的灌浆材料力学强度和黏结强度高,并具有一定的柔顺性;随低黏度酯类降黏剂用量提高,灌浆材料的黏度、力学强度和黏结强度下降,断裂伸长率无明显变化。优化后的聚氨酯灌浆材料黏度低于50 m Pa·s,2 h拉伸强度和7 d拉伸强度分别在10 MPa和20 MPa以上,2 h抗压强度和7 d抗压强度分别在15 MPa和30 MPa以上,断裂伸长率在5%以上,湿黏结强度在2 MPa以上。同时,聚氨酯灌浆材料的可灌性好,可采用专用注浆设备长时间持续注浆,满足无砟轨道道床与路基层间离缝快速填充需求。     

聚氨酯固化道床用聚氨酯材料使用寿命预测

聚氨酯固化道床中聚氨酯主要原材料有异氰酸酯、多元醇和催化剂,固化道床的耐久性要求聚氨酯固化材料经干热老化、湿热老化和紫外线老化后其拉伸强度和断裂伸长率保持率在70%以上。老化试验结果表明:聚氨酯固化道床用聚氨酯泡沫材料在多种严酷环境下均具有优异的耐老化性能,并能长期保持综合性能的稳定。基于人工加速湿热老化试验数据,采用时温叠加方法估算出聚氨酯固化道床用聚氨酯材料的使用寿命可达45.2年。     

有砟道床表层胶结封闭技术

煤粉侵入会加快有砟道床板结,大幅增加运营维护成本。有砟道床表层胶结封闭技术可有效解决因煤粉侵入导致的有砟道床板结问题。采取小颗粒石子铺设与道床表层胶结相结合的方式实现了有砟道床的高效封闭,且排水功能良好。为满足天窗期养护维修要求,采用喷涂强度与柔顺性相匹配的快速固化聚氨酯使道床表层胶结。经在朔黄铁路40 m长试验段验证,道床表层胶结封闭技术的防煤粉侵入效果良好。     

表观密度对聚氨酯泡沫固化材料力学性能的影响

为深化聚氨酯固化道床的研究,通过调整用水量控制聚氨酯泡沫固化材料的表观密度,研究表观密度对聚氨酯泡沫固化材料拉伸性能、撕裂性能、压缩性能和黏结性能的影响,并利用扫描电子显微镜观察聚氨酯泡沫固化材料的泡孔结构。结果表明:聚氨酯泡沫固化材料的表观密度直接影响其泡孔结构,随着表观密度的增加,泡孔数量及大孔数量均减少,而其拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、压缩强度均呈线性增加,黏结强度逐渐增大。因此,综合考虑技术性和经济性,对碎石道床承载力和稳定性有更高要求的重载铁路而言,宜采用表观密度为165~200kg·m-3的聚氨酯泡沫固化材料;聚氨酯泡沫固化材料能够与混凝土和道砟石良好黏结,且相同表现密度下聚氨酯泡沫固化材料与混凝土的黏结强度高于其与道砟石的黏结强度。     

重载铁路有砟道床捣固作业参数的合理取值

根据朔黄铁路（朔州—黄骅）大型养路机械捣固作业实际情况,建立捣镐群和有砟道床的耦合模型,模拟大型养路机械捣固作业,分析捣固参数（捣镐振动频率、插镐速度、插镐深度）对道床密实度、道砟配位数、道床垂向刚度的影响,进而确定捣固参数的合理取值。结果表明：与捣固前相比,捣固后道床状态参数有所增加,道床密实度增幅在11.34%～13.21%,道砟配位数增幅在0.72%～4.34%,道床垂向刚度增幅在6.56%～64.27%,说明在一定范围内改变捣固参数对道床密实度和道床垂向刚度的影响比较明显,而对道砟配位数的影响不大;捣镐振动频率、插镐速度、插镐深度均主要影响道床垂向刚度;朔黄铁路捣固作业参数的合理取值为捣镐振动频率35 Hz,插镐速度1.0 m/s,插镐深度25 mm。     

冲击式人工捣固装置对有砟道床作用效应及质量状态影响研究

人工捣固作业是实现小区段线路日常养护维修的重要方式之一,可有效改善轨道几何形位、缓和线路不平顺、保证列车运行安全性。然而目前人工捣固装置进行养护维修作业主要依赖现场工人的工程实践经验,缺乏相关理论研究。为研究有砟道床人工捣固装置作业工作机理,借助离散元素法(DEM)-多体动力学(MBD)耦合方法,建立人工捣固装置-轨枕-有砟道床耦合仿真模型,并在现场开展人工捣固作业前后横向阻力试验,验证了模型的可靠性,分析人工捣固作业对道砟颗粒接触力及道床密实度的影响。结果表明：人工捣固作业会使道床横向阻力降低19.51%,道床横向稳定性减弱;捣入阶段会使道砟间接触力分布发生明显变化,其中,水平平面接触力分布由近似圆形向椭圆形变化分布,纵向平面接触力则由半圆形向花束形变化分布,颗粒间接触关系不断变化,逐步建立新的稳定传递关系;捣固作业会使道砟颗粒受迫运动,使枕盒及砟肩处密实度降低。因此,在人工进行捣固作业后应及时补填枕盒处道砟颗粒,并对砟肩处道砟进行拍实。     

吹砟车维修机理离散元仿真与应用

研究目的:吹砟车维修在轨枕下方补充硬质小道砟,避免捣固道砟和破损,工程实践上能消除道砟记忆效应。但在微观力学层面缺少对吹砟维修作业方式和效果应用研究,为微观力学层面研究吹砟车工作原理与养护效果,采用颗粒流离散元方法建立道砟-轨枕三维箱体模型,其中采用与道砟颗粒大小一致不规则球体组合代替道砟,借以更加真实模拟道砟颗粒之间咬合力,在轨枕单调加载下研究吹砟养护前后道床力学特性。研究结论:吹砟维修作业前后微观力学分析表明,吹砟车维修能降低轨枕-道砟接触层作用力,对轨枕-道砟沉降影响不大,从数值原理上定量揭示吹砟车维修作业力学原理;与捣固维修作业相比,吹砟维修是一种效率高、成本低、开通速度快、环保维修方法。     

密度对聚氨酯固化材料减振性能的影响

通过调整发泡剂用量制备出不同密度的聚氨酯固化材料,研究密度对聚氨酯固化材料力学性能、减振性能以及对聚氨酯固化材料与道砟形成的固结体减振性能的影响,探讨聚氨酯固化材料减振性能与其固结体减振性能的关系,分析聚氨酯固化材料减振性能的影响因素。结果表明:随着密度的增加,聚氨酯固化材料的拉伸强度、撕裂强度和压缩强度均逐渐增大,而断裂伸长率先增加后降低,在密度为137 kg/m3时达到最大值;聚氨酯固化材料的减振性能与其固结体的减振性能呈线性正相关关系;聚氨酯固化材料的减振性能与固化材料中开孔气泡的数量有关,随着聚氨酯固化材料密度的降低,固化材料中开孔气泡数量越多,吸能效果越显著,减振效果越好。综合考虑力学性能和减振性能,聚氨酯固化材料的密度宜在140～170 kg/m3。     

沪昆高铁北盘江特大桥聚氨酯固化道床施工质量控制技术

聚氨酯固化道床是一种新型的轨道结构,兼备有砟轨道和无砟轨道的优点,可在有特定需要的区段铺设。沪昆高铁北盘江特大桥主桥为跨度445 m的上承式钢筋混凝土拱桥,设计的聚氨酯固化道床轨道结构受温度和徐变作用影响比较小,有利于线路的稳定且维修方便。本文介绍了碎石道床填筑和聚氨酯固化道床浇注施工质量控制技术,并对线路质量进行了动态测试。测试结果表明,北盘江特大桥聚氨酯固化道床能够满足列车运行安全性和稳定性要求,同时也适应高速铁路大跨度桥梁变形的要求,轨道平顺性良好,质量控制措施效果显著。     

列车动力荷载下聚氨酯固化道床设计参数分析

基于多体动力学和有限元仿真方法,提出一种考虑行车荷载的聚氨酯固化道床仿真分析方法。以碎石道床作为对比,分析聚氨酯固化道床的应力特征及传递特性,并研究聚氨酯固化厚度对道床力学特性的影响。研究结果表明,聚氨酯固化道床的应力和路基顶部应力均小于碎石道床,其道砟颗粒能够更好地协同作用,道床应力分布更均匀,道床内应力及传递到路基的力更小;相比碎石道床,聚氨酯固化道床厚度设计值可调节范围更大,可减小至25 cm。     

重载铁路道砟清洁度对聚氨酯固化道床力学性能的影响北大核心

道砟颗粒表面清洁度分别取0.17%、0.50%、0.70%、1.00%,通过室内实尺模型疲劳试验,分析500万次疲劳荷载作用下聚氨酯固化道床沉降、道床静态模量的变化规律以及轨枕与道床的黏结性能。结果表明,当道砟清洁度超过0.50%后,聚氨酯固化道床沉降明显增大,道床静态模量无明显变化,轨枕与道床黏结性能变差。建议聚氨酯固化道床施工时,在道砟装载、运输过程中采取措施防止道砟二次污染,上砟整道时采取少捣多稳工艺,确保固化道床浇注前道砟清洁度在0.50%以内。     

不同老化处理方式对混凝土防腐蚀涂层表面状态和拉伸性能的影响北大核心

选择醇酸、丙烯酸、聚氨酯和氟碳4类涂料进行对比试验,研究其耐紫外、耐湿热和耐碱溶液的性能。试验结果表明:醇酸涂层和丙烯酸涂层整体耐老化性能较差,湿热老化处理7 d后,试件的失光率高达90%以上,表面出现严重的开裂和起泡现象。聚氨酯涂层耐碱溶液的性能较好,但是受紫外老化和湿热老化影响较大,其紫外老化28 d后失光率大于75%,拉伸强度和断裂伸长率下降超过40%,湿热老化7 d后的失光率达97%,表面开裂和起泡情况严重。氟碳涂层耐老化性能优异,老化28 d后失光率不到20%,表面无粉化、开裂、起泡、剥落等现象,拉伸性能未受损害。4类涂层耐老化性能的顺序为醇酸涂层<丙烯酸涂层<聚氨酯涂层<氟碳涂层。     

复合轨枕道床横向阻力增强方法

为解决复合轨枕道床横向阻力不足的问题,基于复合轨枕材料和结构,提出横向阻力增强方案。采用3D扫描技术生成道砟颗粒模板库,构建轨枕-道床离散元三维模型,模拟分析了各种纹理复合轨枕对道床横向阻力的分担规律及其增强效果,并从细观层面分析了轨枕与道砟颗粒相互作用机理。结果表明:与普通条形复合轨枕相比,A1型,A2型,A3型,A4型,A5型纹理复合轨枕道床横向阻力可分别提高9.3%～11.4%,17.8%～23.6%,27.4%～32.0%,16.6%～21.8%,17.7%～21.2%;在复合轨枕与道砟接触表面设置纹理可增强轨枕表面与道砟颗粒之间的咬合,有效增大轨枕底面与道砟颗粒接触数目及轨枕侧面与道砟颗粒间平均接触力,提高枕底及枕侧阻力。     

城市轨道交通工程聚氨酯浮置板减振道床技术应用研究

重庆轨道交通会展支线轨道工程中首次引进奥地利聚氨酯浮置板减振技术,针对聚氨酯浮置板整体道床施工,总结其施工技术工艺流程。通过对施工工艺的不断优化和改进,结合聚氨酯浮置板整体道床轨道设计技术要求,采用"先附属后主体"的施工方式,完成了此种新型减振材料的浮置板整体道床轨道。通过对铺设道床的减振效果进行试验和评价,道床质量及减振效果良好,同时对于聚氨酯浮置板整体道床工艺进行了完善,为国内城市轨道交通工程采用聚氨酯浮置板减振技术起到指导性作用。     

不同老化处理方式对混凝土防腐蚀涂层表面状态和拉伸性能的影响

选择醇酸、丙烯酸、聚氨酯和氟碳4类涂料进行对比试验,研究其耐紫外、耐湿热和耐碱溶液的性能。试验结果表明:醇酸涂层和丙烯酸涂层整体耐老化性能较差,湿热老化处理7 d后,试件的失光率高达90%以上,表面出现严重的开裂和起泡现象。聚氨酯涂层耐碱溶液的性能较好,但是受紫外老化和湿热老化影响较大,其紫外老化28 d后失光率大于75%,拉伸强度和断裂伸长率下降超过40%,湿热老化7 d后的失光率达97%,表面开裂和起泡情况严重。氟碳涂层耐老化性能优异,老化28 d后失光率不到20%,表面无粉化、开裂、起泡、剥落等现象,拉伸性能未受损害。4类涂层耐老化性能的顺序为醇酸涂层丙烯酸涂层聚氨酯涂层氟碳涂层。     

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。     

单轴荷载下聚氨酯固化道床碎石道砟体压缩性能研究

聚氨酯固化道床可有效加强散体道床的整体性,固化后的碎石道砟体压缩性能是衡量改进效果的关键性指标.根据聚氨酯固化道床的结构及材料特点,制作立方体试件;通过单向及反复加压试验,研究自由边界下道砟体的压缩性能及变形规律.研究结果表明:单向压缩时试件的应力-应变曲线经过了刚度强化、稳定、衰减和破坏等4个过程;试件抵抗开裂的最大平均应力约为0.8 MPa.试件的耗能能力随着应力的增大而增强,随着反复荷载的次数增多而减小;当最大平均正压应力小于0.4 MPa时,反复加压后试件的残余应变能控制在0.01以内;超过0.4 MPa时,最大应变随荷载次数的增加仍有增大趋势.为保证聚氨酯固化道床运营的安全性和耐久性,道床所受的最大平均应力宜控制在0.4 MPa以下.     

济青高速铁路聚氨酯固化道床的动力特性测试分析

为验证350 km/h高速列车运营条件下聚氨酯固化道床的安全性、振动特性以及道床表面风场分布规律,在济青高速铁路开展了340～385 km/h逐级提速试验。测试结果分析表明:350 km/h高速列车运营条件下聚氨酯固化道床的行车安全性指标满足要求;相比于无砟轨道结构,聚氨酯固化道床具有更好的减振效果,在Z记权条件下其插入损失约为9.4 dB;线路中心正负风压变化最剧烈,是线路横断面中最容易发生道砟飞溅处。     

预制装配式聚氨酯道床结构研究

提出1种新型预制装配式聚氨酯固化道床结构,依据所提出的设计及施工方案,在国家铁道试验中心建立世界首条预制装配式聚氨酯固化道床试验段,并对预制装配式聚氨酯固化道床、现浇式聚氨酯固化道床结构、普通无砟道床3种轨道结构的静动力特性进行对比试验研究。结果表明:在没有大型养路机械稳定作业的条件下,预制装配式聚氨酯固化道床的纵、横向阻力分别为16.2和13.5kN,具有足够的静态稳定性;在总体轨下结构动位移中,扣件与道床所占的比例约为1∶1,轨下结构刚度匹配合理;预制聚氨酯固化道床结构具有突出的减振效果,分频最大减振效果为29.6dB,对应中心频率为50Hz。