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。     

CRTSⅡ型轨道板上拱变形及对钢轨的影响

运营过程中发现CRTSⅡ型轨道板边角位置与砂浆层之间存在离缝,而现有研究除考虑宽窄接缝破损外,均未涉及宽窄接缝处上拱变形的情况。本文根据推板试验结果对砂浆层与轨道板的水平连接施加不同的约束方式,分析轨道板上拱的成因及其对钢轨变形的影响。研究结果表明:轨道板上拱主要由CA砂浆层的水平约束刚度不均匀引起;当轨道板各层温度均高于施工锁定温度处于升温状态时,轨道板的最大上拱变形纵向上出现在宽窄接缝处,横向上出现在板中;轨道板变形随着离缝区域的增大逐渐趋于平稳;变形传递系数在正温度作用下为0.63,在负温度作用下为0.31。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道用CA砂浆的温度疲劳研究

CRTSⅡ型板式无砟轨道充填层CA砂浆与轨道板接触面之间常见脱粘、离缝情况。为探讨CA砂浆在温度疲劳作用下与轨道板脱粘、离缝规律,采用-20℃到60℃的温度循环对试件进行疲劳试验,并对疲劳后的试件进行微观结构分析和热分析。结果表明:由于沥青基体在温度疲劳作用下的迁移、老化、黏性降低,CRTSⅡ型CA砂浆和轨道板混凝土经过16次循环后即出现脱粘,产生裂缝。     

温度作用下层间离缝对纵连板式无砟轨道稳定性的影响

为降低夏季持续高温季节高速铁路线路中纵连板式轨道板胀板的风险及危害性,采用有限元仿真分析方法,对温度作用下层间离缝高度对于轨道板稳定性的影响进行了分析研究。通过建立无砟轨道结构全要素精细有限元分析模型,分别研究了高度均匀离缝和高度不均匀离缝对轨道板温度上拱变形的影响规律。分析结果表明,在均匀离缝两端的轨道板以及不均匀离缝位置对应的轨道板温度上拱变形随着离缝值的增大而显著增大,严重时可能干扰正常运营。     

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。     

CRTSⅠ型板式无砟轨道板角离缝原因与治理措施

为了研究轨道板板角离缝的形成原因及治理措施,选取一高速铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道结构,对其砂浆变形、板面高程、轨道板不同部位温度等指标进行24 h连续测试,并对测试结果进行分析。结果表明:轨道板板面与板底温差的周期性变化是导致轨道板周期性变形的主要原因;轨道板板面高程随时间变化呈现大致规律的波动变化;相对板面中心,板角在夜间翘起明显,板角离缝宽度与离缝值在夜间同步增大;充填层CA砂浆横向和竖向变形遵循热胀冷缩规律,其变形量较小,不是板角离缝产生的主因;不同涂层对混凝土表面温度具有降低作用,可用于改善板角因温度翘曲而产生的离缝程度。     

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。     

极端温度作用下桥上CRTSⅡ型无砟轨道受力特性

为研究极端温度作用下高速铁路简支梁桥与CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道相互作用,以5～32 m简支梁为例,建立考虑钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板、滑动层、摩擦板、端刺,以及梁体、墩台等构件的桥上CRTSⅡ型无砟轨道系统精细化仿真模型,研究高温和严寒等极端温度条件下系统的受力与变形特征,探讨不同轨道伸缩刚度、滑动层摩擦因数和砂浆黏结力对系统受力与变形的影响.研究结果表明:在高温条件下,轨道板代替钢轨承受了更多伸缩力,轨道板轴向力最大值出现在主端刺处,易导致上拱破坏;正温度梯度作用下,轨道板上、下表面最大纵向应力差达10.1MPa,将引起翘曲变形导致端部砂浆层脱黏;在极寒条件下,轨道板最大纵向拉力出现在右端刺处,最大值达3.9 MPa,轨道板易发生断裂;底座板初始裂缝对轨道板及底座板的受力分布与变形产生不利影响;滑动层可有效减小梁轨之间的相互作用,适当增大砂浆黏结力有利于减小轨道板-底座板离缝和砂浆脱黏等病害的发生几率.     

组合荷载作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道层间离缝影响分析

在车辆荷载和温度作用下,CRTSⅢ型板式无砟轨道由于自密实混凝土层与底座板间产生离缝,发生应力集中和局部变形,对无砟轨道服役状态和使用寿命造成明显影响。基于ABAQUS有限元模型,计算车辆与温度不同荷载组合下,层间离缝横向和纵向发展对无砟轨道结构受力变形的影响,探究伤损演变规律和维修限值。研究结果表明:层间离缝宽度小于1.5m,轨道结构受力和变形的影响很小;离缝发展至两侧钢轨正下方后,轨道结构变形和应力均增大明显;离缝长度大于1.2m,对轨道板出现受拉裂缝和无离缝端上翘;正温度梯度荷载对轨道板弯折变形和自密实混凝土层纵横拉应力以及负温度梯度荷载对轨道板上翘和纵横拉应力均有叠加放大效应。     

持续高温作用下CRTSⅡ型无砟轨道层间离缝分析

在夏季持续高温天气下,CRTSⅡ型板式无砟轨道由于温度梯度的持续作用,轨道板与砂浆层之间易产生层间离缝。基于现场气温与轨道板温度梯度实测数据,采用有限元建模计算分析持续正温度梯度作用下轨道板与砂浆层间离缝产生和发展的特征。研究结果表明:持续高温天气期间,轨道板温度整体高于气温,且温度力作用过程中正温度梯度虽未超过规范规定的轨道板设计正温度梯度90℃/m,但轨道板与砂浆层之间仍能产生层间离缝。通过比较,持续高温与温度梯度90℃/m作用下,两者层间损伤程度较为接近,且靠近板角位置层间离缝现象比其他位置更加严重。建议工务部门重视持续高温对无砟轨道工作性能的影响。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道支承层斜裂伤损修复方法

针对CRTSⅡ型板式无砟轨道支承层斜裂伤损,确定了升温膨胀是其伤损的主要原因。在保证列车不中断运营的前提下,提出了钢轨切割、轨道板移除、CA砂浆清理、钢垫梁临时支撑、伤损支承层修复、轨道板复位、砂浆层灌注的结构快速修复作业方案,并配套研发了具有快硬早强特性的CA砂浆材料和聚合物混凝土。应用实践表明,该方法占用天窗数量少,结构恢复快,修复后的轨道几何尺寸能够满足运营需求。可进一步应用于无砟轨道纵连体系结构维修中。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层伤损修复研究

CRTSⅡ型板式无砟轨道通过30 mm 厚的砂浆充填层实现轨道板的均匀支承及与底座板(支承层)的连接,因此砂浆层应满足强度和弹性双重要求.通过对高速铁路 CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层伤损调研,将砂浆层伤损分为离缝、裂缝、缺损掉块及泛浆四种类型,在对不同类型伤损进行原因分析的基础上,提出伤损判定标准和检查方法,并给出砂浆层不同伤损的修复方法和注意事项,为砂浆层养护维修技术提供支撑,保证线路安全运营.     

CA砂浆离缝对桥上CRTS Ⅰ型板式无砟轨道的影响分析

我国高速铁路无砟轨道无缝线路发展迅速,但随着列车的运营,轨道板与CA砂浆层之间常会出现离缝,这将对无砟轨道的长期服役性能产生一定的影响。以高速铁路多跨简支梁上CRTS Ⅰ型板为例进行分析,研究板边、板端、板角、板中4种典型CA砂浆离缝病害对轨道几何形位及对无缝线路受力变形情况的影响。研究结果表明:离缝病害作用下,随着桥轨间温差变大,轨道水平偏差增幅较大,轨道高低偏差最值偏大,并且板端病害对离缝区平顺性影响大。在温度荷载作用下含病害的轨道结构伸缩受力更加明显,尤其体现轨道板、底座板上,其中板边位置的病害受力变形最为明显。在列车荷载作用下在离缝病害区域轨道结构挠曲受力情况变化较大,其中板角及板端病害影响大。根据计算结果建议在无缝线路养护维修时着重检查轨道板及底座板下表面的情况,及要注意检修钢轨正下方病害情况。     

CRTS Ⅰ型轨道板温度变形及与砂浆垫层间离缝的测试研究

在哈大高铁施工第Ⅰ和第Ⅲ标段线路的直线段和曲线段上,选择24块砂浆灌注施工已完成1～3个月,但尚未铺轨的CRTSⅠ型轨道板,对其高程及与砂浆垫层间离缝进行24 h全天跟踪测试,研究温度变化对轨道板温度翘曲变形及与砂浆垫层间离缝的影响规律.结果表明:轨道板的表面温差变化幅度大于环境温差的变化幅度;当轨道板表面温度达到最高时,轨道板高程的变化量、轨道板与砂浆垫层间的离缝最小,反之最大;轨道板高程的变化幅度大于轨道板与砂浆垫层间离缝的变化幅度;轨道板4个端角处的高程及离缝的变化幅度大于轨道板其他各处;曲线段上轨道板高程及轨道板与砂浆垫层间离缝的变化幅度大于直线段上的变化幅度.     

桥上纵连板式无砟轨道结构的温度翘曲变形及整治

介绍桥上纵连板式无砟轨道特点,观测和分析高速铁路桥上轨道板温度梯度及温度翘曲变形,对轨道板离缝进行统计,并对其机理进行分析,提出轨道板CA砂浆离缝整治可根据离缝宽窄及所处区段,采用接缝凿除释放应力、钻孔下压锚固与注浆相结合方案.     

CRTSⅡ型板式无砟轨道结构层间早期离缝研究

在不同气候条件下现场观测CA砂浆灌注施工时的轨道板温度,得到实测的轨道板温度梯度。建立轨道结构力学计算模型,计算轨道板在实测温度梯度作用下的温度翘曲变形及应力。研究表明:气温和太阳辐射是影响轨道板温度梯度的主要因素;板面温度对温度梯度起控制作用;CA砂浆水化热对温度梯度有一定影响;在1d中,轨道板正、负温度梯度的交替变化引起温度翘曲压、拉应力的交替变化,是产生轨道结构层间早期离缝的最主要原因。因此,在早期温度场控制中,可采用有效的隔热或保温措施控制轨道板板面温度,避免出现较大的轨道板温度梯度,导致产生较大的温度翘曲应力,并根据CA砂浆强度增长规律,尽量延长扣压装置和精调千斤顶的拆除时间,从而有效地减少轨道结构层间早期离缝。     

循环温度荷载下无砟轨道结构模型试验研究

为研究循环温度荷载下无砟轨道结构层间离缝产生与扩展规律,以及离缝对轨道结构受力性能的影响,制作了三跨无砟轨道-简支梁桥结构1/4缩尺模型,开展了18次循环温度荷载试验。并在循环温度试验前后分别对结构进行了2次静力加载试验,对比分析结构体系受力特性发生的变化。试验结果表明:循环温度荷载作用下,梁端处轨道板与CA砂浆之间产生离缝,并向跨中呈“阶梯状”逐渐延伸,历经萌生、扩展和稳定三个阶段。随离缝长度增加,相同温度荷载下,梁体上拱度逐渐减小,而轨道结构上拱度逐渐增大,在离缝的萌生、扩展和稳定三个阶段,轨道结构的刚度呈现慢-快-慢的速度逐渐减小。经18次循环温度荷载作用后,轨道结构的刚度降低了14. 96%,无砟轨道-桥梁结构体系整体刚度降低了2. 52%。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道板下离缝动力影响分析及运营评估

CRTSⅡ型板式无砟轨道在运营初期高温季节中出现区域性板下离缝现象,影响高速列车正常运营和轨道结构耐久性。本文建立考虑轨道板和CA砂浆间离缝的精细化车辆-轨道空间耦合动力学分析模型,分析离缝状态下车辆、轨道的动力学响应,研究不同离缝量、离缝范围及车辆行车速度的影响。结果表明:离缝量增加导致车辆、轨道动态响应加剧,离缝量在6~8mm以上时加剧效应明显;离缝范围在2块板下导致的轮轨垂向力及钢轨、砂浆层纵向应力更明显,轨道板纵向应力也较大,因此在养护维修时应重点关注离缝范围在2块板下的情况;离缝区域临时限速是保证列车运营安全、降低轨道结构应力的有效手段,本文提出的限速建议值可为离缝区域限速运营提供参考。     

华东地区CRTSⅡ型板式无砟轨道温度特性试验分析

CRTSⅡ型板式无砟轨道结构由于其纵连的特点,对温度荷载比较敏感。温度荷载的长期作用会导致结构疲劳伤损,严重时影响其承载力及行车安全。对高温天气条件下华东地区某客运专线路基段CRTSⅡ型板式无砟轨道内部温度特性进行了现场试验与分析。结果表明:轨道板、砂浆层、支承层的温度与环境温度变化趋势基本一致,各层温度极值出现时刻随深度的增加存在滞后现象;当夏季气温处于30~34℃时,轨道板内正温度超过设计规范限值——90℃/m,因此养护维修过程中,即使环境温度不高于35℃也应重视轨道内部的温度梯度情况。     

CRTSⅠ型轨道板中部砂浆离缝对轨道竖向变形与受力研究

以CRTSⅠ型轨道板中部砂浆离缝为研究内容,采用有限单元法,建立该型轨道结构的弹性地基梁-板模型,分析不同长度和高度的离缝对轨道竖向位移及应力变化情况,结果表明:离缝长度变化较高度变化对轨道结构的竖向变形及应力影响要大;离缝长度在1个扣件间距(0.6 m)范围内时,长度一定,高度的变化对轨道结构的变形及受力几乎没有影响;离缝长度不大于1 m时,高度大于0.42 mm后,离缝区域轨道板处于完全脱空状态。建议在对板中离缝进行养护维修时,应将防止离缝长度的发展作为主要工作,并将轨道板应力作为衡量离缝对轨道板影响的主要指标。