温升荷载下宽窄接缝伤损对轨道板垂向稳定性的影响研究

宽窄接缝伤损是温升作用下 CRTS II 型板式轨道垂向失稳的主要原因之一,通过建立带宽窄接缝伤损的 II 型板式轨道垂向稳定性分析模型,分析了宽窄接缝弹性模量差异,窄接缝破损和宽、窄接缝交界面损伤等对温升荷载下轨道板垂向稳定性的影响。研究表明：温升荷载作用下,窄接缝弹性模量降低比宽窄接缝弹性模量整体降低对轨道板的垂向稳定性影响更为显著,施工时应保证宽窄接缝材料均匀,实现一致的弹性模量;窄接缝破损后,轨道板将出现带尖角的上拱波形,且窄接缝的损伤程度越高,轨道板上拱位移越大,结构越易发生破坏;宽、窄接缝交界面损伤对轨道板的垂向稳定性影响较小。     

温升荷载下宽窄接缝伤损对轨道板垂向稳定性的影响研究

宽窄接缝伤损是温升作用下 CRTS II 型板式轨道垂向失稳的主要原因之一，通过建立带宽窄接缝伤损的 II 型板式轨道垂向稳定性分析模型，分析了宽窄接缝弹性模量差异，窄接缝破损和宽、窄接缝交界面损伤等对温升荷载下轨道板垂向稳定性的影响。研究表明：温升荷载作用下，窄接缝弹性模量降低比宽窄接缝弹性模量整体降低对轨道板的垂向稳定性影响更为显著，施工时应保证宽窄接缝材料均匀，实现一致的弹性模量；窄接缝破损后，轨道板将出现带尖角的上拱波形，且窄接缝的损伤程度越高，轨道板上拱位移越大，结构越易发生破坏；宽、窄接缝交界面损伤对轨道板的垂向稳定性影响较小。     

温升荷载下宽窄接缝伤损对轨道板垂向稳定性的影响研究

宽窄接缝伤损是温升作用下 CRTS II 型板式轨道垂向失稳的主要原因之一，通过建立带宽窄接缝伤损的 II 型板式轨道垂向稳定性分析模型，分析了宽窄接缝弹性模量差异，窄接缝破损和宽、窄接缝交界面损伤等对温升荷载下轨道板垂向稳定性的影响。研究表明：温升荷载作用下，窄接缝弹性模量降低比宽窄接缝弹性模量整体降低对轨道板的垂向稳定性影响更为显著，施工时应保证宽窄接缝材料均匀，实现一致的弹性模量；窄接缝破损后，轨道板将出现带尖角的上拱波形，且窄接缝的损伤程度越高，轨道板上拱位移越大，结构越易发生破坏；宽、窄接缝交界面损伤对轨道板的垂向稳定性影响较小。     

宽窄接缝与CA砂浆耦合伤损对无砟轨道-简支梁桥结构受力性能影响

基于弹性地基梁体理论,考虑宽窄接缝与轨道板之间界面开裂与CA砂浆脱空耦合伤损,建立伤损状态下的CRTS Ⅱ型板式无砟轨道-简支梁桥结构有限元模型,分析宽窄接缝与CA砂浆不同伤损型式和不同位置耦合伤损尺寸在正温度梯度荷载作用下对无砟轨道-简支梁桥结构受力及变形的影响。研究结果表明:宽窄接缝与CA砂浆耦合伤损较宽窄接缝界面开裂或CA砂浆脱空单一伤损型式对结构受力与变形更为不利;当耦合伤损面积超过0.975 m×0.765 m,长度超过0.975 m或宽度超过0.51m时,轨道板拉应力超过其抗拉强度,影响结构的正常使用;随耦合伤损尺寸的增加,轨道板和CA砂浆的垂向位移均显著增大,底座板和桥梁的垂向位移呈微弱减小趋势;宽窄接缝与CA砂浆耦合伤损位于轨道板板边对结构受力和变形影响最大,耦合伤损位于板端次之,耦合伤损位于板角影响最小。     

高温环境下列车荷载对CRTSⅡ型板式轨道宽窄接缝损伤行为的影响

针对高温环境下CRTSⅡ型板式轨道易受列车荷载作用产生宽窄接缝伤损的问题展开研究,建立有限元模型,分析轮载作用位置、轴重大小以及制动力等列车荷载作用特征与高温环境耦合作用下宽窄接缝损伤行为及发展规律。研究表明:列车荷载与温度耦合作用下宽窄接缝伤损主要发生在宽接缝下部;轴重作用位置会影响宽窄接缝最先出现损伤的位置及发展趋势;轴重会加剧宽窄接缝的损伤程度,当轴重超过5 t时,会使宽窄接缝损伤急剧增大;制动力对宽窄接缝影响与作用位置有关,且当制动力作用于宽窄接缝正上方时对宽窄接缝损伤影响最大。列车荷载对宽窄接缝影响主要体现在改变伤损位置、形态及发展趋势上,且对伤损发展有一定的加剧作用。     

高温环境下列车荷载对宽窄接缝损伤行为的影响

针对高温环境下 CRTS II 型板式轨道易受列车荷载作用产生宽窄接缝伤损的问题展开研究,建立有限元模型,分析了轮载作用位置、轴重大小以及制动力等列车荷载作用特征与高温环境耦合作用下宽窄接缝损伤行为及发展规律。研究表明：列车荷载与温度耦合作用下宽窄接缝伤损主要发生在宽接缝下部;轴重作用位置会影响宽窄接缝最先出现损伤的位置及发展趋势;轴重会加剧宽窄接缝的损伤程度,当轴重超过 5t 时,会使宽窄接缝损伤急剧增大;制动力对宽窄接缝影响与作用位置有关,且当制动力作用于宽窄接缝正上方时对宽窄接缝损伤影响最大。列车荷载对宽窄接缝影响主要体现在改变伤损位置、形态及发展趋势上,且对伤损发展有一定的加剧作用。     

高温环境下列车荷载对宽窄接缝损伤行为的影响

针对高温环境下 CRTS II 型板式轨道易受列车荷载作用产生宽窄接缝伤损的问题展开研究，建立有限元模型，分析了轮载作用位置、轴重大小以及制动力等列车荷载作用特征与高温环境耦合作用下宽窄接缝损伤行为及发展规律。研究表明：列车荷载与温度耦合作用下宽窄接缝伤损主要发生在宽接缝下部；轴重作用位置会影响宽窄接缝最先出现损伤的位置及发展趋势；轴重会加剧宽窄接缝的损伤程度，当轴重超过 5t 时，会使宽窄接缝损伤急剧增大；制动力对宽窄接缝影响与作用位置有关，且当制动力作用于宽窄接缝正上方时对宽窄接缝损伤影响最大。列车荷载对宽窄接缝影响主要体现在改变伤损位置、形态及发展趋势上，且对伤损发展有一定的加剧作用。     

高温环境下列车荷载对宽窄接缝损伤行为的影响

针对高温环境下 CRTS II 型板式轨道易受列车荷载作用产生宽窄接缝伤损的问题展开研究，建立有限元模型，分析了轮载作用位置、轴重大小以及制动力等列车荷载作用特征与高温环境耦合作用下宽窄接缝损伤行为及发展规律。研究表明：列车荷载与温度耦合作用下宽窄接缝伤损主要发生在宽接缝下部；轴重作用位置会影响宽窄接缝最先出现损伤的位置及发展趋势；轴重会加剧宽窄接缝的损伤程度，当轴重超过 5t 时，会使宽窄接缝损伤急剧增大；制动力对宽窄接缝影响与作用位置有关，且当制动力作用于宽窄接缝正上方时对宽窄接缝损伤影响最大。列车荷载对宽窄接缝影响主要体现在改变伤损位置、形态及发展趋势上，且对伤损发展有一定的加剧作用。     

高温荷载下CRTSⅡ型 板式轨道上拱变形特性研究

基于CRTSⅡ型板式轨道在高温荷载作用下的上拱变形是一种比较典型的病害,将功的互等法应用到实际工程中,推导高温荷载作用下弹性薄板的功的互等定理,建立适用于两对边简支两对边自由的轨道板上拱计算模型。分析Ⅱ型板式轨道在温度荷载作用下的上拱变形特性,研究结果表明:在高温荷载作用下轨道板的上拱位移随纵向位置的变化呈正弦曲线变化趋势。分析不同因素对Ⅱ型板式轨道板上拱变形的影响,研究Ⅱ型板式轨道的上拱变形特性。从轨道板垂向稳定性和行车安全性角度,提出优化轨道结构参数和层间病害修补时机的建议。     

接缝弱化后纵连板式无砟轨道温度效应研究

目前,纵连板式无砟轨道夏季高温胀板问题严重。高温产生的巨大温度应力导致轨道结构发生众多病害,其中,轨道板上拱尤为严重,已威胁高速列车的运营安全。为有效释放结构内部的温度应力,减少病害发生,通过建立设有弹性填充层的纵连板式无砟轨道计算模型,引入内聚力单元和混凝土损伤塑性本构,探讨两种节段长度及不同弹性模量下,整体温升作用时,宽窄接缝弱化对轨道结构应力、变形及损伤的影响。研究表明：(1)设置弹性填充层后,轨道板和接缝的纵向应力均得到一定程度释放,但会伴随着发生局部偏心和应力增加;(2)弹性填充层的设置会使接缝、轨道板和层间界面损伤产生的临界温升降低,结构损伤较大时,轨道板和接缝的应力释放会受到限制,并且弹性填充层附近也会产生一定上拱增量;(3)两种节段长度下,损伤和应力释放量均会随着弹性模量降低逐渐增大,因此,节段长度为4块板时,弹性填充层弹性模量选取建议高于1 775 MPa并低于3 550 MPa,节段长度为3块板时,弹性填充层弹性模量选取建议高于355 MPa并低于1 775 MPa;(4)两种节段长度下,随着弹性模量降低,轨道板和钢轨最大上拱增量逐渐增大,对于钢轨,两种节段长度下的...     

施工过程中CRTS Ⅱ型轨道板竖向上拱变形研究

研究目的:CRTSⅡ型板式无砟轨道施工过程中,轨道板窄缝浇筑后纵连前,轨道板处于一种偏心受压状态,在温度荷载作用下轨道板容易产生上拱变形现象。本文利用ANSYS软件,建立温度荷载作用下CRTSⅡ型轨道板上拱变形有限元力学分析模型。通过对轨道板上拱变形过程模拟,分析其上拱变形的基本规律,以及砂浆层粘结强度、板边离缝深度和轨道板温度梯度对轨道板竖向上拱临界温升幅度的影响。研究结论:(1)轨道板上拱变形从板端约第一扣件处逐渐向板中蔓延,当达到某一临界温升幅度ΔT时,将导致轨道板与砂浆层的粘结失效而分离;(2)轨道板上拱临界温升幅度随着粘接强度增大而增大,增大轨道板与砂浆层的粘结强度,不仅可以抑制和延缓轨道板上拱的发生,同时可减小板边上拱程度;(3)施工过程中,采取措施减少轨道板与砂浆层的离缝面积,有利于提高轨道板上拱的临界温升幅度;(4)温度梯度的作用会加速轨道板上拱变形;(5)不同温度状态下的轨道板上拱变形现象,可反映出轨道板与砂浆层之间的不同粘结状态;(6)该研究成果对于完善CRTSⅡ型板式轨道的施工技术具有指导意义。     

纵连板式轨道稳定性分析及上拱整治研究

研究目的:针对持续高温天气下纵连板式轨道上拱变形问题,本文依据弹性薄板理论构建稳定性分析模型,并根据CA砂浆层间黏结强度的内聚力模型,分弹性损伤、层间脱黏以及离缝上拱三个阶段建立系统总能量方程,运用能量变分原理和瑞利-里兹法,确定纵连板式轨道上拱变形的全过程平衡路径及失稳临界条件。研究结论:(1)在运营损伤工况下轨道板失稳的最不利临界温升为20. 53℃;(2)钢轨温度力向上分量对单块轨道板的作用合力达19. 866 kN,对轨道板上拱的影响较为显著;(3)窄接缝破损可导致层间脱黏阶段临界温升降低3. 91%;(4) CA砂浆黏结强度下降20%可导致层间脱黏阶段失稳临界温升下降17. 24%;(5)轨道板纵向阻力由55%降低至10%,最小失稳临界温升可降低32. 81%;(6)轨道板厚度增加10 mm,最小失稳临界温升可提高6. 03%;(7)该研究成果可为纵连板式轨道及其他既有轨道结构的病害整治措施提供理论参考。     

CRTSⅡ型板式轨道高温稳定性的影响因素研究

根据CRTSⅡ型板式无砟轨道上拱后的受力和变形特点,建立轨道板的垂向稳定性仿真分析模型,通过缩尺模型进行试验验证,并利用有限元法分析初始上拱、温度梯度、假缝和钢轨等对其垂向稳定性的影响.研究表明:轨道板初始上拱是轨道板失稳的关键影响因素,初始上拱矢度越大,轨道板的稳定性越差,若初始上拱矢度≥20 mm,轨道板会有整体失...     

制动力作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道层间剪切破坏规律研究

层间剪切破坏是CRTSⅡ型板式无砟轨道的主要伤损形式之一。根据CRTSⅡ型板式无砟轨道结构,建立钢轨、轨道板、CA砂浆层、支承层、宽窄接缝三维有限元模型,采用双线性黏结滑移模型模拟CA砂浆层与轨道板间的黏结关系,根据轴距和车辆定距确定轮载与制动力加载位置,研究制动力作用下,不同制动力率、界面参数下轨道板和CA砂浆层间剪切破坏的影响机理。结果表明,制动力率对于界面剪切应力与界面伤损分布影响较小,界面的黏结性能对于制动力作用下的界面剪切应力与界面伤损分布影响较大;制动力对扣件四周的轨道板与CA砂浆界面黏结破坏作用较大,对于板中间位置界面黏结基本无影响;相同制动力作用下,起始伤损位移越小,界面越容易发生伤损;过大的剪切刚度会对层间界面的黏结产生不利影响。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道宽接缝开裂对纵连钢筋受力特性的影响

CRTSⅡ型板式无砟轨道结构作为一种纵连板式轨道结构,通常采用6根精轧螺纹钢筋实现轨道板的纵向连接;但因外部荷载作用易造成宽接缝新老混凝土连接处发生开裂,轨道板内部纵连钢筋应力重新分布,有可能会威胁到钢筋的正常工作。基于有限单元法,运用单元生死技术,建立不同宽接缝开裂状态(完全开裂或未开裂)下含预应力钢筋的桥上CRTSⅡ型板式轨道结构计算模型,研究不同外部荷载作用对纵连钢筋受力性能的影响。结果表明:宽接缝开裂会导致宽接缝位置处钢筋应力的突变;整体温降对钢筋应力的影响最大,降温幅值过大甚至会导致钢筋屈服破坏;正温度梯度对钢筋应力影响较大,会导致宽接缝开裂处钢筋应力的大幅降低;而负温度梯度和列车荷载作用下,宽接缝处钢筋应力变化均不明显。     

初拱变形对CRTSⅡ型轨道板上拱的影响研究

通过不同初拱变形参数条件下CRTSⅡ型板式轨道垂向稳定性的分析,研究初拱变形对轨道结构高温稳定性的影响。基于能量变分原理,推导不等波长和波幅条件下轨道板的上拱矢度的计算公式,并与数值仿真结果进行比较;通过数值拟合的方法得出上拱弦长与板中整体温升、初拱矢度、初拱弦长的关系表达式,并用公式法分析不同初拱变形参数对轨道系统高温稳定的影响规律。结果表明:若初拱弦长小于1.5 m,幅值小于10℃的整体温升便能导致轨道板上拱;当轨道板底产生大面积脱空时,板体不易产生上拱位移;不同的温升存在着不同的最不利弦长与矢度,轨道板初始上拱弦长为5~6 m时,最不易保持2 mm的上拱位移临界值。     

高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道高温变形及损伤机理研究

为研究CRTSⅡ型板式无砟轨道在系统升温及温度梯度共同作用下的温度变形特征及损伤失稳机理,采用有限元分析手段,建立连续12块板总长度约80 m的轨道结构理论分析模型,提出接缝处的钳口形受力机制,并分别对窄接缝均匀和不均匀损伤条件下轨道结构的温度变形特征进行计算分析。结果表明:钳口效应将加速窄接缝的压溃;不同的接缝损伤工况组合引起不同形态的轨道结构变形;板端偏压力线上移进入宽接缝内容易导致板端劈裂。     

CRTSⅡ型板式轨道的纵连特征对板下离缝的影响研究

针对CRTSⅡ型板式轨道板下离缝问题,建立包括钢筋、预裂缝等轨道板主要特征的有限元模型,分析轨道板在整体升温40℃和温度梯度-50~100℃/m作用下, CRTSⅡ型板的纵连特征造成的板间接缝初始受力不均匀对板下离缝和钢轨不平顺的影响。结果表明:若宽接缝硬化时窄接缝存在较大的初始压应力,板温较高时窄接缝被挤碎的概率大幅增加;对板下离缝和钢轨不平顺影响最大的是窄接缝被挤碎,其次是仅宽接缝承力,而窄接缝处存在一定的初始压应力对其影响较小;由接缝处初始受力不均匀引起的板下离缝值虽然较小(增加0.5~1 mm),却会大幅增加运营维护后期砂浆层离缝的维修工作量;施工中应采取措施减小宽、窄接缝硬化时的板温差,使宽接缝硬化时的板温T_k高于窄接缝硬化时的板温Tz不超过10℃。     

高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道稳定性理论研究

研究目的:目前,纵连轨道板上拱是我国CRTSⅡ型板式轨道主要伤损类型之一。本文基于微分方程法和能量法相结合,采用单波弯曲变形曲线,建立更加符合纵连轨道板实际状态的直板和考虑竖曲线的曲板稳定性分析模型,推导得出稳定性计算公式,研究轨道板稳定性相关参数的影响规律。研究结论:(1)CRTSⅡ型板式无砟轨道应参照无缝线路稳定性理论进行纵连轨道板稳定性分析,得出轨道板最小临界温升幅度,为确定施工锁定板温提供依据;(2)轨道板与砂浆层界面的离缝或削弱是造成轨道板上拱的最直接原因,CA砂浆黏结强度的降低可导致轨道板臌曲临界力大幅度下降,CA砂浆黏结强度降低50%时,临界板温降低25%;轨道板纵向阻力降低50%时,最小临界板温降低5.7%,临界正矢增加38.1%;轨道板初始弯曲越大,最小临界板温越低,临界波长也变长,临界正矢减小;竖曲线对轨道板稳定性的影响很小,最小临界温度力降低不超过1%;(3)本研究成果阐明了纵连轨道板上拱的力学机理和诸多关键参数的影响规律,可为高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道稳定性研究提供理论参考。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道层间传力规律及离缝破坏研究

水泥乳化沥青砂浆层离缝是CRTSⅡ型板式无砟轨道的主要病害。本文采用双线性黏结滑移模型表征轨道板与砂浆层的黏结关系,对推板时的层间传力规律进行理论分析;利用有限元方法,根据推板试验结果对层间参数进行拟合,研究推板时层间传力规律;基于黏结滑移模型,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道三维有限元模型,分析极限温度梯度荷载作用下层间破坏规律。结果表明:温度梯度荷载作用下,层间的伤损主要产生在板边,与现场观察的离缝一致;层间黏结强度的增加能够减小层间伤损值及伤损区域,黏结强度小于0.025 MPa时在正温度梯度荷载作用下轨道板容易出现上拱现象;该层间模型中的弹性段长度δ_1值对层间传力规律影响较大,δ_1值的增加能够有效减小层间伤损值及伤损区域。