双块式无砟轨道裂纹对道床板受力的影响分析

基于路基上双块式无砟轨道的计算力学模型,针对道床板不同宽度和深度情况下的表面裂纹和贯通裂纹,分析在列车荷载作用下道床板开裂前后对道床板受力性能的影响以及在轴向温度荷载作用下含裂纹的道床板受力情况。结果表明,在列车荷载作用下,含裂纹的无砟轨道与无裂纹的无砟轨道相比,道床板混凝土应力有小幅度增加,纵向钢筋应力随裂纹深度的增加而逐渐增大;在轴向温度荷载作用下,随着裂纹宽度的增大,道床板混凝土拉应力及钢筋应力变化较小。     

路基上双块式无砟轨道道床板空间力学特性研究

研究不同荷载作用下,高速铁路路基上双块式无砟轨道道床板空间力学特性。钢轨及道床板中钢筋用梁单元模拟,道床板、双块式轨枕、支承层以实体单元模拟,钢轨与道床板、道床板混凝土与钢筋、支承层与路基之间的连接用弹簧单元模拟,建立了可考虑混凝土开裂的路基上双块式无砟轨道三维有限元力学模型,分析了自重荷载、列车垂向荷载、不沉匀沉降荷载、温度梯度荷载作用下道床板的空间力学特性。结果表明:温度梯度荷载对混凝土纵、横向拉应力的影响最为显著;在列车荷载、不均匀沉降及温度梯度荷载作用下,钢筋纵向拉应力均超过了20 MPa;不同荷载作用下,支承层厚度、支承层弹性模量、道床板厚度等参数变化对混凝土和钢筋力学特性的影响不同;混凝土和钢筋纵向拉应力随着道床板裂缝间距的增加而增大。     

桥上长枕埋入式轨道层间连接状态分析

针对桥上单层长枕埋入式无砟轨道的层间连接状态,建立长枕埋入式无砟轨道力学模型,应用有限元法,分析在多种工况作用下道床板和桥面板层间受力情况。结果表明:在整体降温、列车荷载、温度梯度和荷载组合的作用下,板间剪切应力在道床板两端达到最大,并从板边到板中逐渐减小,且道床板厚度的变化对层间连接状态有影响。在荷载的作用下,道床板板端一定范围内剪切应力会超过设计值2.75 MPa,产生层间破坏,影响轨道结构的耐久性,需要配置钢筋或者采取拉毛等措施加强层间连接作用,以使道床板能够正常使用。根据《钢结构设计规范》中钢筋连接件的计算公式对250 mm厚的道床板进行配筋设计,为长枕埋入式无砟轨道的推广使用提供理论依据。     

基于等寿命设计理念的CRTSⅢ型板式无砟轨道配筋优化

针对非预应力轨道板在CRTSⅢ型板式无砟轨道上的适应性开展研究,将组成复合道床板的普通钢筋混凝土轨道板与自密实混凝土层考虑为等寿命的结构层,基于极限状态法对复合道床板进行配筋设计。考虑列车荷载、温度荷载和基础变形的共同作用,确定自密实混凝土层配筋,轨道板配筋时还需考虑其在制造、运输和施工时的受力状态。计算结果表明:自密实混凝土层纵向钢筋由耐久性要求确定,横向钢筋按照最小配筋率进行配筋即可满足要求;理论计算得到的轨道板下层纵、横向钢筋还需根据构造要求进行相应调整;与现有普通钢筋混凝土轨道板对比,优化后的轨道板配筋节约18.4%,复合道床板整体配筋节约4.4%。研究结果可为普通钢筋混凝土CRTSⅢ型板式无砟轨道技术在温暖地区推广使用提供理论支撑。     

纵向轨枕式无砟轨道界面裂缝对轨道力学性能的影响

纵向轨枕轨道结构改用预制混凝土纵梁连续支撑的结构设计,故预制轨枕与道床板的新旧混凝土界面是结构稳定分析不可回避的因素。为了分析新旧混凝土界面对整体结构的影响,并为纵向轨枕式无砟轨道设计提供相关参考,通过建立纵向轨枕式无砟轨道的二维有限元计算模型进行研究。结果表明:纵向轨枕式无砟轨道在列车荷载和温度变化作用下,轨枕与道床板界面附近会出现纵向裂缝,并裂缝加快扩展。界面裂缝对轨道内部应力分布影响很大,对钢轨扭转有一定影响。     

双块式无砟轨道连续道床板裂纹修复材料性能分析

双块式无砟轨道在外界荷载作用下,连续道床板容易开裂形成裂纹,裂纹的产生会降低道床板的耐久性和承载能力,影响双块式无砟轨道在服役期间的使用与安全性。当连续道床板出现裂纹时,应该采取措施来维持双块无砟轨道的正常的使用和耐久度。基于有限单元法,建立含道床板贯通裂纹的双块式无砟轨道梁体模型,分析最不利荷载作用时所适合的修补材料,以期为双块式道床板裂缝维修提供一定的理论基础。研究表明:不同宽度裂纹对维修材料性能要求不同,随着裂纹宽度的增加,材料所受到的拉应力越小,越小宽度的裂缝对材料的延伸率要求越高。     

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。     

桥上双块式无砟轨道道床板防裂优化设计研究

研究目的:受地理环境及天气等因素的影响,无砟轨道结构温度场分布不均且变化剧烈,在强烈且持续的温度荷载作用下,道床板易出现开裂现象。本文以京张高铁为背景,基于太阳辐射及边界换热理论,通过ABAQUS有限元软件建立桥上双块式无砟轨道结构温度场分析模型及顺序热应力耦合模型,探究温度荷载下道床板开裂机理及优化方法。研究结论:(1)道床板板中温度梯度波动幅度最大,正温度梯度可达+62. 32℃,负温度梯度可达到-31. 02℃;(2)道床板板中较易出现龟纹裂缝,在轨枕棱角接触处较易出现45°斜向裂缝,且裂缝较易发生横向发展,在道床板边缘处,较易发生垂向纵深裂纹;(3)增加抗裂斜筋后,道床板整体温度纵向应力最多减小5. 27%,效果不明显;(4)增加伸缩缝后的轨道结构道床板,温度应力的偏斜程度及离散程度均小于传统轨道结构,对于温度荷载的抵抗能力优于传统结构;(5)本研究成果可为完善双块式无砟轨道设计理论及养护维修方法提供技术支撑。     

双块式无砟轨道道床板疲劳计算分析

双块式无砟轨道道床板受温度及列车荷载反复作用,存在裂缝及疲劳损伤问题,对于双块式无砟轨道道床板疲劳设计及疲劳检算,尚无相关标准。借鉴公路混凝土路面疲劳的检算方法,结合现行国内混凝土结构标准,对道床板疲劳设计及检算方法进行了初步研究,并拟合出裂缝宽度与道床板疲劳配筋率的函数关系。     

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。     

CRTSⅡ型板式轨道假缝开裂对轨道受力的影响分析

为分析CRTSⅡ型板式无砟轨道假缝开裂对轨道受力性能的影响,以桥上Ⅱ型板式无砟轨道为例建立模型,应用有限元法,计算分析不同数量和不同深度的假缝裂缝在不同荷载作用下对Ⅱ型板式轨道受力性能的影响。结果表明,对比列车荷载和温度梯度的影响,正温度梯度作用下,假缝开裂对轨道结构的受力影响最大,裂缝深度小于200 mm时,裂缝处混凝土会发生局部受压破坏;裂缝深度达到200 mm时,开裂会导致底座板和砂浆层的连带破坏;随着开裂数量的增加,砂浆层和底座板的应力峰值减小。不同荷载作用下,假缝开裂都会导致裂缝处纵连钢筋应力的突变,但不会导致纵连钢筋的屈服破坏。     

温度及收缩荷载下路基上双块式无砟轨道力学及裂缝特性研究

温度及收缩荷载是双块式无砟轨道的重要荷载.以路基上双块式无砟轨道为研究对象,道床板中钢筋用梁单元模拟,道床板、双块式轨枕、支承层以实体单元模拟,道床板混凝土与钢筋、支承层与路基之间的连接用弹簧单元模拟,建立了考虑混凝土开裂的钢筋与混凝土相互作用有限元力学模型,并编制了相应的计算程序.研究了温度及收缩荷载下路基上双块式无...     

无砟轨道混凝土开裂特性模型试验研究

针对无砟轨道连续道床板,按截面等效单元思路,进行模型试验,测试各裂纹产生时的裂纹间距、轴向拉力、钢筋应力、裂纹宽度等情况。研究结果表明:道床板裂纹发展呈现为不稳定裂纹和稳定裂纹两个阶段;最小不稳定裂纹间距比理论计算值略小,且分布范围较大,造成各试件出现的裂纹数量不等;试件开裂时的拉力大多数小于其理论计算值,裂纹一旦产生,其附近钢筋应力突增;目前连续道床板配筋率偏低,强度储备不足,宜适当增加钢筋强度或配筋率。为保证结构安全,可取末次开裂轴力进行设计,或考虑混凝土强度的离散性,取一定保证率条件下的理论开裂轴力进行设计。     

双块式无砟轨道轨枕松动修复材料性能分析

在外界荷载作用下,双块式无砟轨道中预制轨枕与现浇道床板粘结面作为轨道结构的薄弱处,容易出现轨枕松动,这将降低轨道结构的承载能力及影响轨道的平顺性。基于有限单元法,建立含轨枕松动修复材料的双块式无砟轨道梁体模型,分析在列车荷载及温度荷载作用时修补材料的力学性能,以期为双块式道床板裂缝维修提供一定的理论基础。研究表明:修复材料及道床板的拉压应力随着修复材料的厚度增加而减小,随弹性模量的增大而增加;建议修复材料的弹性模量为100⁵00 MPa。     

CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构优化设计研究

针对CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构特点,提出技术合理,经济性好的优化设计方案。对传统和优化后的CRTSⅠ型双块式无砟轨道在各种荷载作用下的结构受力进行计算对比分析,为优化设计方案提供理论指导。研究结论:(1)优化后的CRTSⅠ型双块式无砟轨道可应用于高速铁路、城际铁路项目;(2)通过轨道结构受力计算可知,在列车荷载作用下,路基地段优化后道床板弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道减少,底座弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道增加;桥梁地段优化后道床板弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道增大,增大幅度不大。单元式结构道床板在整体温度荷载作用下受到的轴力可大幅度减小。     

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。     

湿度影响下双块式无砟轨道道床板新旧混凝土界面力学特性研究

在湿度影响下，混凝土的力学性能会随其内部不均匀的湿度场产生不同程度的变化，故水环境中的双块式无砟轨道各混凝土部件(轨枕、道床板及支承层)内部的材料性能存在差异，在长期荷载作用下易产生伤损。因此，探明由湿度导致材料性能变化对水环境中无砟轨道局部力学行为及损伤所带来的影响，对研究无砟轨道水致损伤形成和发展机理具有一定参考价值。通过建立双块式无砟轨道有限元实体模型，对水环境中双块式无砟轨道道床板新旧混凝土界面位置处的应变分布及疲劳损伤情况进行分析。结果表明：考虑湿度影响后，水环境中双块式无砟轨道道床板新旧混凝土界面位置处的变形性能与抗疲劳特性均有一定程度的削弱，长边接触面所受影响最为显著，其最大主拉应变增长31.6%,剪切疲劳寿命减短30.4%,出现在该面中上方位置，该处将是裂纹较早萌生的位置。     

城际铁路弹性支承块式无砟轨道结构优化及检算

为合理控制城际铁路轨道工程投资,针对城际列车轴重轻、编组小的特点,对弹性支承块式无砟轨道进行结构优化设计与检算分析。基于数值分析理论及有限元分析方法,研究隧道内弹性支承块式无砟轨道在设计轮载及现浇混凝土收缩荷载组合下裂缝开展情况,并进行道床板配筋设计及裂缝宽度检算;基于定额测算对比城际铁路与客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道的经济性。结果表明:城际铁路弹性支承块式无砟轨道道床板纵向只需配构造钢筋,按照配筋设计检算得出的道床板横向最大裂缝宽度为0.205 mm,小于裂缝容许值;相比于客货共线铁路,城际铁路弹性支承块可降低投资约10%。     

无砟轨道列车荷载层间分布特征及压电式测试系统研究

为研究无砟轨道列车荷载传递特征及测试方法,建立了双块式无砟轨道实尺试验平台,分析了钢轨支点压力和道床板、支承层底部荷载分布规律,并与动力学仿真结果对比。得出主要结论:石基压电式压力测试系统及压电式测力垫板测试系统,测试结果准确可靠,可用于无砟轨道结构健康监测;道床板底部荷载横向呈双峰型分布,两轮载间荷载效应叠加不明显,横向分布范围占道床板宽度的50%左右,道床板宽度具有优化空间;轮载传递至支承层底部时呈M型分布,轮载分布较为均匀。理论分析和试验结果可为无砟轨道现场测试提供参考,所得荷载传递规律,可为无砟轨道尺寸优化和下部基础设计取值提供理论依据。     

温度和列车动荷载作用下双块式无砟轨道道床板损伤特性研究

采用混凝土损伤塑性模型描述双块式无砟轨道道床板的力学行为,以变温作用下道床板最大损伤状态作为初始条件、车辆—双块式轨道耦合动力分析得到的各钢轨支点压力作为轨道路基的外部激励,进行变温和列车动荷载共同作用下道床板损伤的演变规律及道床板损伤对结构受力影响的研究.结果表明:在降温过程中道床板会发生横向弯曲变形,产生损伤,导致受拉承载力下降;在升温过程中由于降温导致的道床板拉伸损伤不可恢复,所以道床板损伤值不变,最终保持在0.23左右,但刚度出现恢复现象;车辆经过已损伤的道床板时,道床板内部裂纹交替张开与闭合,刚度出现短暂的部分恢复阶段,刚度退化系数最大幅值为0.057,而道床板损伤值不变,且道床板的位移和加速度幅值、支承层与基床表面的动应力幅值均比无损伤时增大,拉应力幅值减小;损伤塑性模型能很好地反映道床板混凝土的软化及刚度退化行为.