广珠城际轨道交通框架板式无砟轨道结构分析

研究目的：框架板式无砟轨道是一种新型轨道结构，广珠城际轨道交通采用框架板式无砟轨道，但目前国内尚未建立系统的设计方法。通过本文研究，建立框架板式无砟轨道计算模型和结构计算方法，掌握框架板式无砟轨道受力和变形的基本规律，为框架板式无砟轨道设计提供理论依据。 研究结论：框架板式无砟轨道具有良好的技术经济性，采用框架型板式轨道对于降低轨道板翘曲的影响是有利的。本文建立的无砟轨道计算模型和结构分析方法能够考虑列车荷载、温度荷载、路基不均匀沉降和桥梁挠曲等因素，可以系统地进行框架板式无砟轨道结构分析，进而掌握框架板式无砟轨道受力和变形的基本规律。通过设计参数（CA砂浆弹性模量、扣件刚度、基础不均匀沉降）对框架板式无砟轨道受力和变形的影响分析，可见轨道板和底座的受力和变形随着CA砂浆弹性模量的增加而减少，随着扣件刚度的增大而增大，随着不均匀沉降量的增大而增大。     

温度对板式无砟轨道结构的影响研究

研究目的:基于传热学的基本理论,采用有限元分析法,利用大型商业软件ABAQUS对板式无砟轨道结构在温度作用下的影响进行仿真计算,分析不同基础支撑形式及不同轨道板宽度和厚度对无砟轨道结构温度效应的影响,探讨温度变化对板式无砟轨道结构的影响规律,为无砟轨道的结构设计提供依据. 研究结论:(1) 温差变化和结构变形并非呈现简单的线性关系,而是温度越高,变形的变化幅度越大.(2) 刚性基础支撑下由于温差而引起的轨道板的温度应力远大于弹性支撑下轨道板的温度应力,但是刚性基础支撑下由于温差而引起的轨道板的最大竖向位移差则小于弹性支撑下轨道板中的情况.(3) 在相同的板厚温度梯度条件下,轨道板的变形量随板厚的增加而增大,随板宽的增大而增大.     

桥梁地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构受力分析

分析桥梁地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构计算参数,列车荷载作用下、温度荷载作用下和桥梁挠曲变形对轨道结构受力的影响;道床板和底座板的荷载组合,作为轨道结构配筋设计的依据;提出底座板厚度增加导致列车荷载作用下其弯矩值增大;道床板厚度增加,其翘曲应力(或温度梯度弯矩值)增大;底座板厚度增加,桥梁挠曲变形引起的弯矩值增加等结论。     

客运专线桥梁挠曲变形对CRTSⅠ型板式无砟轨道结构受力影响分析

对列车荷载通过桥梁而梁体发生挠曲变形时,CRTSⅠ型板式无砟轨道结构受到的附加挠曲力进行分析。首先推导了桥梁挠曲变形对无砟轨道结构受到的附加挠曲力的计算方法,然后分别对我国时速300～350km、200—250km的几种主要桥梁、上CRTSⅠ型板式无砟轨道的轨道板和底座板受到的附加挠曲力进行计算,为CRTSⅠ型板式无砟轨道的结构设计提供参考。     

温度荷载对连续梁桥上无砟轨道变形特性影响分析

为研究均匀温度荷载与不均匀温度荷载对连续梁桥上无砟轨道无缝线路纵向力和线路几何形位的影响,基于梁轨作用原理和有限元法,建立连续梁桥上C RT SⅢ型板式无砟轨道空间耦合模型,分析在桥梁整体升温与不均匀温度荷载作用下无缝线路的变形,并对比2种温度荷载对无缝线路几何形位的影响.研究结果表明:整体升温与不均匀温度荷载作用下无缝线路受力与变形结果差异明显,两者间的钢轨横垂向位移的差异随阴阳面温差荷载增大而增大,主要影响轨道高低不平顺与水平偏差;连续梁上的钢轨水平偏差,轨距偏差和轨向偏差比线路两端简支梁要大,连续梁部分的高低偏差比简支梁要小;当桥梁阴阳面温差荷载最大时,连续梁两端出现高低偏差最大负值,最大值为?3.475 mm,大于其限值±2 mm,当连续梁跨度超过135 m时桥梁变形限值超出设计规范规定变形限值;在高速铁路桥上无缝线路设计时,应考虑桥梁不均匀温度荷载作用对轨道几何形位的影响,特别注意其对高低不平顺的影响.     

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。     

CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究

基于列车—轨道耦合动力学理论,考虑无砟轨道各部件间及无砟轨道与路基间接触状态非线性,建立列车—板式无砟轨道—路基三维非线性有限元耦合动力学模型,进行自重荷载、轨道中长波随机不平顺、轨道短波随机不平顺、路基不均匀沉降荷载、无砟轨道板温度梯度荷载共同作用下,高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基不均匀沉降限值研究。结果表明:无砟轨道板温度梯度荷载对无砟轨道各部件受力均有较明显的影响,因此在进行无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究时有必要同时考虑无砟轨道板温度梯度荷载的影响;路基上CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路的路基不均匀沉降限值由底座板疲劳破坏控制,路基不均匀沉降幅值达到7mm时无砟轨道底座板的最大拉力达到疲劳破坏限值1.674MPa,因此建议高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基的不均匀沉降限值为7mm/20m。     

徐变上拱对桥上纵连无砟轨道线路动力影响

研究目的:高速铁路预应力桥梁会出现徐变上拱,而高速铁路对线路平顺性要求高,预应力桥梁徐变上拱引起的不平顺对高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁耦合系统有何影响,是工程界十分关注的问题。本文基于列车-轨道耦合动力学理论,建立考虑无砟轨道-桥梁系统各部件间接触状态非线性的高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁三维有限元耦合动力学模型并进行相应验证,运用所建模型,对列车在桥上纵连板式无砟轨道线路桥梁徐变上拱地段高速行驶时耦合系统的动力特性进行研究,旨在探讨其影响规律。研究结论:(1)桥梁徐变上拱对车体振动加速度影响非常显著,对桥梁振动加速度虽有影响,但不太显著;(2)桥梁徐变上拱对最大轮轨力、钢轨最大正弯矩、扣件最大拉力、轨道板和底座板纵向最大拉应力、CA砂浆最大压应力均有一定的影响,但影响规律不一,对最大轮轨力影响比较小,而对钢轨最大正弯矩、扣件最大拉力、轨道板和底座板纵向最大拉应力、CA砂浆最大压应力影响则比较大;(3)桥梁徐变上拱引起的无砟轨道-桥梁间局部脱空对高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁耦合系统动力特性有显著影响;(4)本研究成果可为高速铁路桥上纵连板式无砟轨道线路徐变上拱大小控制提供理论依据。     

单元板式无砟轨道结构轨道板温度翘曲变形研究

根据单元板式无砟轨道不同施工工艺和结构受力特点,采用弹性点支承梁模拟钢轨,用实体单元模拟无砟轨道各结构层;砂浆填充层采用灌注袋法施工时,轨道板和砂浆填充层之间按接触单元处理;砂浆填充层采用模筑法施工时,轨道板和砂浆填充层之间按黏结方法处理;建立相应有限元模型,进行轨道板温度翘曲变形研究。结果表明:砂浆填充层采用灌注砂浆袋法施工时,轨道板在温度梯度荷载作用下产生的翘曲变形大于模筑法施工;采用模筑法施工砂浆填充层时,轨道板的翘曲变形随上下表面温差幅值的变化呈线性关系;而采用灌注砂浆袋法施工砂浆填充层时,轨道板的翘曲变形随上下表面温差幅值的变化呈非线性关系,温差越大,轨道板翘曲变形的变化幅度越大。有限元模型计算的结果与环形铁道轨道板的翘曲变形实测结果基本吻合,验证了模型的合理性和可靠性。     

郑徐高铁CRTSⅢ型板式无砟轨道结构服役状态监测

为掌握CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的温度场、受力和变形规律,在郑徐高铁跨京杭大运河徐州特大桥的CRTSⅢ型板式无砟轨道结构开展监测服役状态监测的基础上,对监测数据进行了统计分析,研究表明:(1)轨道板板中温度高于自密实混凝土层和底座板;(2)轨道板上半部分温度梯度较大,下半部分温度梯度较小;(3)连续梁跨中地段轨道板板端翘曲位移高于板中翘曲位移,板端最高翘曲位移为1.9mm。连续梁梁端地段轨道板板端翘曲位移与板中翘曲位移接近;(4)随着大气温度的升高,桥梁梁缝的相对位移值逐渐减小;(5)轨道板压应力、拉应力大小变化随着温度的升高和降低而相应发生变化。     

环境因素引发的CRTSⅢ型无砟轨道板温度场和竖向变形特征分析

针对轨道交通CRTSⅢ无砟轨道板在环境因素作用下产生的翘曲变形,在实际运营线路上采用传感器对其温度和竖向变形进行现场测试,分析在不同的环境条件下轨道板的变形规律以及轨道板变形后对列车运行的平稳性和舒适性的影响.研究发现:板内温度梯度是CRTSⅢ型轨道板产生翘曲变形的主要影响因素,在夏季晴天,轨道板在太阳辐射和环境温度共同作用下,白天时轨道板变形呈现上凸变形,夜晚时轨道板变形呈现下凹变形,且上凸变形幅度大于下凹变形;阴雨天气由于太阳辐射程度减小,轨道板变形相对较小;在不同的环境条件下的轨道板变形中,轨道板边缘处的竖向变形要大于其他部位;轨道板变形会对钢轨的不平顺产生影响,但其变形量对列车的平稳性和舒适度影响不大,且在极端工况下,列车的平稳性指标和舒适性指标均为优.     

大西客专不同轨下基础及其过渡段轨道结构动力性能试验研究

高速铁路建设经常会遇到不同轨下基础及其连接处的过渡段,由于强度、刚度、沉降等差异的存在必然会引起过渡段轨道的变形,产生不平顺[1]。通过在大西客专路桥过渡段、桥上无砟轨道、桥隧过渡段、隧道内无砟轨道布置测点,测试了动车组在160~275 km/h运行条件下轨道结构动力响应,评估了列车运行平稳性、轨道结构稳定性和振动特性。测试结果表明:列车运行稳定性指标、轨道结构稳定性和振动参数均满足相关标准要求,轨道结构动力性能参数在桥上和隧道内与路桥过渡段、桥隧过渡段差别不大,过渡段设置合理。     

实测温度下大跨度桥上纵连无砟轨道受力研究

研究目的:既有桥上纵连板式无砟轨道研究多考虑桥梁整体温度变化而忽略温度梯度的影响,为探明高速铁路大跨度桥上纵连板式无砟轨道系统受力规律,本文基于长期实测温度场数据,利用统计方法获得结构具有概率保证的非线性温度模式,建立考虑钢轨-轨道板-底座板-梁体-桥墩的空间一体化有限元模型,选取沪昆客运专线某大跨连续梁桥工程实例,计算分析实测非线性温度模式下桥上各层轨道结构相对位移以及钢轨纵向附加力的分布规律。研究结论:(1)只考虑轨道板及底座板实测温度模式时,钢轨附加应力基本为0;(2)桥梁温度梯度会引起梁缝处钢轨附加应力的急剧增大,在研究桥上纵连板式无砟轨道时需考虑桥梁温度梯度的影响;(3)大跨度连续梁桥固结机构处水泥沥青砂浆变形会超过其实测极限变形位移,建议在连续梁固结机构上方同样设置剪力钢筋;(4)无砟轨道断板会导致钢轨附加应力急剧增大,因此应严格限制纵连板式无砟轨道断裂的发生,若需更换轨道板及底座板时,应在合龙温度范围进行更换;(5)本研究结果可为大跨度桥上纵连板式无砟轨道的设计与改进提供参考。     

梁轨相互作用对过渡段道床板翘曲的影响

研究目的:为了明确梁轨纵向相互力学行为对无砟轨道路桥过渡段道床板翘曲的影响,建立路桥过渡段处双块式无砟轨道桥上无缝线路及道床板力学计算模型,研究桥梁及轨道结构约束作用、钢轨伸缩力、道床板温度梯度等对道床板翘曲变形的影响。研究结论:(1)考虑桥梁及轨道结构的约束作用时,道床板上拱量相对增大约28%,达到2.5 mm;考虑桥上无缝线路纵向附加力时,桥台附近的钢轨伸缩变形会降低道床板的上拱量约44%,降为1.4 mm,且随着钢轨伸缩力的增大,降低值越大;(2)正温度梯度作用下,道床板上拱量有所增加,增大约43%,达到2.1 mm,而负温度梯度作用下道床板上拱量有所减小,减小约14%;(3)桥梁升温幅度越大,道床板上拱量越小,且随着温度幅度的增加,降低趋势变缓;(4)对于大跨度桥梁梁缝处铺设伸缩调节器时,道床板上拱量较主桥铺设小阻力扣件工况增大约1.2倍,增大到7.8 mm;(5)该研究结论对无砟轨道路桥过渡段设计优化理论和工程实践具有一定指导意义。     

不同基础上CRTS Ⅱ型无砟轨道的温度效应分析

研究目的:下部基础中桥梁、路基和路桥过渡段对高速铁路无砟轨道结构性能有着重要的影响，因此分析不同下部基础对CRTSⅡ型板式无砟轨道内温度场分布的影响尤为关键。本文基于无砟轨道现场的半年温度监测数据，对比分析简支箱梁、路基和路桥过渡段三种基础上CRTSⅡ型板式无砟轨道内温度和温度梯度变化特征。研究结论:(1)半年内过渡段上无砟轨道内温度的非高斯性和非平稳性更显著，路基上非高斯性最差；四个特殊温度日，最高温度日的轨道内温度变化幅值最显著，而最大温差日的轨道内温度梯度变化幅值最大；(2)对于不同下部基础，过渡段轨道的温度变化和温度梯度变化最显著，其次是路基和桥上轨道的温度变化；(3)不同基础上轨道板的温度、路基土体的温度与环境温度呈明显的非线性关系，二次多项式拟合函数可表征轨道板内温度与环境温度的关系；桥上轨道的拟合优度R²为0.803,高于过渡段(0.752)和路基(0.635)上的；(4)本文研究可为高速铁路无砟轨道长期服役性能评估提供重要的温度实测数据。     

组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道疲劳特性

基于列车—轨道—桥梁耦合动力学理论、无砟轨道与桥梁间纵向相互作用理论及无砟轨道温度场和温度效应理论,建立考虑服役期间无砟轨道钢筋与混凝土的相互作用、无砟轨道混凝土的开裂与闭合效应、无砟轨道荷载时变特性共同作用的桥上纵连板式无砟轨道疲劳寿命预测方法。以高速铁路32m多跨简支箱梁桥上无砟轨道为例,运用该方法研究组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道的疲劳特性。结果表明:为了较准确地预测服役期间桥上纵连板式无砟轨道的疲劳特性,必须同时考虑列车荷载、温度荷载及温度梯度荷载的共同作用;桥上纵连板式无砟轨道的疲劳寿命由梁端处的轨道控制,梁端处轨道板底面混凝土和底座板顶面混凝土更易发生疲劳破坏;气候环境和无砟轨道裂缝间距对桥上纵连板式无砟轨道各部件的疲劳特性有很大影响,武汉地区无砟轨道的轨道板混凝土、底座板钢筋、底座板混凝土的疲劳寿命分别是哈尔滨地区的2.5,3.9和222.6倍,当裂缝间距由2倍扣件间距变为1倍时,无砟轨道钢筋的疲劳寿命增加10倍以上。     

CA砂浆脱空对框架型轨道板翘曲的影响分析

CA砂浆填充层作为框架型板式轨道关键结构层,长期暴露于自然环境中,受列车荷载冲击、温度循环以及水的侵害等作用,砂浆层与轨道板间易产生脱空,劣化轨道结构受力状态。基于无砟轨道弹性地基梁体模型,分析了正常状态和砂浆层与轨道板间出现脱空时框架型板式轨道在温度梯度荷载作用下的受力情况,并针对板端横向全部脱空和板边纵向全部脱空两种常见脱空形式进行分析。结果表明,较低的砂浆弹性模量可减小轨道板翘曲和缓解列车荷载冲击作用;对于脱空状态,在正温度梯度作用下,轨道板受力和板角翘曲变形受脱空程度影响较大,而对砂浆层受力影响较小;在负温度梯度作用下,轨道板和砂浆层受力状态受脱空程度影响均不明显。     

减振型板式无砟轨道轨道板受力分析研究

介绍减振板式无砟轨道的结构组成和计算参数,建立了梁体有限元计算模型,计算分析了列车荷载作用下减振板式无砟轨道的受力,考虑轨道板受温度梯度荷载、桥梁挠曲变形,在制造、运输和施工时对减振轨道板的受力影响,对轨道板在这些因素下的受力进行了分析,为结构设计提供计算依据.     

无砟轨道轨道板温度测量与温度应力分析

研究目的:针对秦沈线和遂渝线无砟轨道板存在的问题,对轨道板温度进行全天的测量,总结轨道板温度的变化规律,研究温度对轨道板的影响,根据温度测量结果,进行温度翘曲应力的仿真分析,为板式无砟轨道的结构设计提供参考.研究结论:通过对轨道板进行的温度测量,得出轨道板上表面和底面最高温度较当地最高气温分别高出16 ℃和3 ℃左右,轨道板上下表面的最大温差为10～13 ℃,轨道板侧面的温度梯度接近0.5 ℃/cm的线性变化.通过建立轨道板温度翘曲应力的计算分析模型,得出框架轨道板较普通轨道板发生更小的翘曲位移和翘曲应力;普通轨道板的最大翘曲位移为0.82 mm,框架轨道板为0.61 mm;普通轨道板的最大翘曲纵向应力为1.81 MPa,框架轨道板为1.51 MPa;普通轨道板的最大翘曲横向应力为0.75 MPa,框架轨道板为0.58 MPa.     

大跨度刚构拱桥铺设无砟轨道适应性研究

研究目的:大跨度桥梁铺设无砟轨道已成为我国扩大无砟轨道应用范围的一大技术难题,本文以崔家营汉江特大桥主桥为工程实例,结合桥梁变形曲线及车桥耦合动力响应分析结果,提出大跨度桥梁铺设无砟轨道技术难点、技术要求以及评价指标,并得出相应的分析结果。研究结论:(1)崔家营汉江特大桥(135+2×300+135) m混凝土刚构拱竖向变形、曲率半径、竖向残余徐变变形、梁端变形、墩台沉降值均满足要求;(2)高速列车作用下桥梁动力响应均满足要求,具有良好的动力特性及列车走行性,安全性和乘坐舒适性均满足要求;(3)温度和徐变作用下竖向变形属于多波不平顺,300 m弦高低不平顺已超出规范允许值;(4)本研究成果可为今后类似大跨度桥梁铺设无砟轨道适应性分析提供参考。