路基冻胀对CRTSⅢ型板式轨道变形的影响研究

研究目的:严寒地区高速铁路路基冻胀变形时常出现,局部冻胀变形不仅影响无砟轨道的平顺性,还可能导致层间离缝发生。为此,本文建立CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基系统有限元模型,以分析不同路基冻胀波长和路基冻胀幅值下轨道结构的变形特征。研究结论:(1)路基冻胀作用下轨道结构各层的上拱变形与路基冻胀波形基本一致,轨道结构各层的变形受路基冻胀位置影响较大;(2)轨道结构各层的变形、轨道结构层间离缝以及轨道结构各层的上拱波长均随路基冻胀幅值的增大而增大,且底座板与路基表层的离缝远大于自密实混凝土与底座板间的离缝;(3)随着冻胀波长的增加,轨道结构各层的位移、轨道结构层间离缝随之减小,但轨道结构各层的上拱波长逐渐增大;(4)冻胀波长增大对轨道结构变形和减小层间离缝有利,路基冻胀幅值限值应根据冻胀波长来确定;(5)本研究成果可为路基冻胀变形控制提供参考。     

雅万高速铁路CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构深化研究

印度尼西亚雅加达至万隆高速铁路采用了CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构,而CRTS Ⅲ型板式无砟轨道由我国自主研发,已广泛应用于我国高速铁路。结合我国高速铁路相关研究成果,通过分析雅万高铁沿线气候环境特点和无砟轨道结构设计荷载差异,深入研究雅万高铁CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构优化方案。研究结果表明:雅万高铁可采用普通钢筋混凝土轨道板;轨道板最大温度梯度宜取0.65℃/cm,底座整体温差宜取15℃;优化后轨道板和自密实混凝土层配筋率可降低约10%;路基地段底座分段长度宜取4～6块轨道板。     

板式无砟轨道底座板在桥梁上的施工质量控制

正1概述京沪高速铁路采用CRTSⅡ型板式无砟轨道系统,路基段轨道板下为乳化沥青砂浆和素混凝土支承层,桥梁段轨道板下为乳化沥青砂浆和钢筋混凝土底座板。底座板是CRTSⅡ型板式无砟轨道的支撑构件,也是连续跨越大量简支梁和连续梁的结构构件,通过该构件可以形成轨道位     

CRTS Ⅲ型板式无砟轨道连续性结构施工技术

以京沈高铁三棱山隧道为工程背景,借鉴既有高铁CRTS Ⅲ型板式无砟轨道技术研究与应用经验,对施工技术进行再创新。取消隔离层土工布、自密实混凝土轨道板与底座形成牢固的复合结构,底座设置为素混凝土,取消底座钢筋、限位凹槽弹性缓冲垫层,并对优化设计的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道进行试验性施工;通过线下大量工艺性揭板试验总结最佳浇筑方式,实现了2块轨道板自密实混凝土的同时浇筑;通过钢筋或网片整体绑扎使钢筋连续,且每隔2块轨道板设置1道横隔带以方便混凝土浇筑,实现了多块轨道板下自密实混凝土连续形成整体。连续性无砟轨道具有更好的经济性,可简化施工工艺,改进施工工装,降低工程投资。     

高速铁路路基不均匀沉降对CRTS Ⅲ板式轨道受力变形的影响

应用有限元方法建立土质路基上CRTS III型板式无砟轨道系统空间耦合模型,研究路基不均匀沉降作用下板式轨道的受力和变形特性,以及路基发生不均匀沉降时底座板和路基表层之间接触应力和脱空区域的变化规律。结果表明:路基发生不均匀沉降时,无砟轨道结构在重力作用下会发生跟随性变形;轨道板、自密实混凝土和底座板在路基沉降作用下的应力受路基沉降波长和幅值的综合影响,路基沉降幅值越大,轨道各层受力越大,波长为20~30 m的路基沉降对轨道应力的影响较大;底座板和路基表层间的接触应力和脱空区域随着路基沉降幅值的增大而增大,随着路基沉降波长的增大出现先增大后减小的变化趋势。由此可见,路基不均匀沉降会对轨道结构的受力和变形产生明显影响,严重时会造成轨道脱空,对行车安全舒适性产生较大影响,应加以严格控制。     

高铁单元板式无砟轨道大跨梁端适应性对比

研究目的:为研究不同类型单元式无砟轨道无缝线路在大跨桥上的适应性,本文建立无缝线路-无砟轨道-桥梁空间耦合分析模型,对温度荷载作用下CRTSⅠ型和CRTSⅢ型板式无砟轨道各层纵向受力与变形、层间错动位移以及限位结构受力进行对比分析,并对运营过程中可能出现的扣件纵向阻力增加对两种无砟轨道在大跨桥上的适应性进行比较。研究结论:(1)两种无砟轨道无缝线路在连续梁端处受力与变形最大,但二者之间的差异较小;(2)扣件纵向阻力的增加将带来连续梁端位置处无缝线路受力增加,变形量减小;(3)CRTSⅢ型板式无砟轨道层间限位刚度大于CRTSⅠ型板式无砟轨道,因此扣件纵向阻力增加导致的CRTSⅠ型板式无砟轨道层间错动位移增加更加明显;(4)梁端限位结构在升降温过程中纵向受剪明显,其中CRTSⅠ型板式无砟轨道梁端半圆形凸台因单侧承力,纵向剪切效应更加显著,且随桥上扣件纵向阻力的增加而急速增加;(5)总体看来,两种无砟轨道的选用对大跨桥上无缝线路设计的影响基本无差异,但在轨道纵向几何形位保持以及大跨梁端限位结构受力方面,CRTSⅢ型板式无砟轨道表现出了较好的适应性;(6)本研究成果可为今后大跨度桥上板式无砟轨道的选型提供理论指导。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道施工技术

高速铁路CRTS Ⅲ型板式无砟轨道是具有我国自主知识产权的新型轨道结构形式。论述CRTS Ⅲ型板式无砟轨道施工布板、底座施工、轨道板铺设与自密实混凝土灌注主要施工技术。阐述无砟道床施工工艺流程,从底座浇筑、轨道板铺设及精调、自密实混凝土灌注等方面分析施工关键工序,提出施工中应保证底座钢筋保护层厚度、控制轨道板精调精度、控制自密实混凝土的实料拌制性能稳定和加强混凝土养护措施等注意事项,可为CRTS Ⅲ型板式无砟轨道施工技术优化和完善提供借鉴。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道减振层合理弹性模量研究

阐述CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的减振措施,运用有限元软件ABAQUS建立CRTSⅢ型减振板式无砟轨道系统垂向静力计算模型。从轨道板拉应力变化、底座板拉应力变化和橡胶垫层应力变化分析模型计算参数;分析CRTSⅢ减振型板式无砟轨道减振层合理弹性模量的取值范围;建议选取弹性模量大于100 MPa、小于300 MPa,可兼顾轨道板、底座板、减振层等各项力学性能指标。     

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。     

郑徐高铁CRTS Ⅲ型板式无砟轨道主要技术创新

研究目的:郑徐高速铁路是我国CRTSⅢ型先张板式无砟轨道扩大应用的首条试验线,CRTSⅢ型板式无砟轨道的设计理论、结构设计、工程材料、建造技术等方面都需要系统创新,轨道结构及接口优化、轨道板制造、岔区无砟轨道、路基防水层优化、自密实混凝土制备及施工、布板及精调等关键技术都需要进一步深入研究,本文旨在丰富、发展和完善CRTSⅢ型板式无砟轨道技术体系。研究结论:(1)形成了具有自主知识产权的CRTSⅢ型板式无砟轨道设计、制造、施工等成套技术;(2)郑徐高速铁路开通运营以来,无砟轨道系统状态良好,结构稳定,列车运行平稳、舒适;(3)本研究成果对于提升我国在高速铁路国际市场的竞争力和顺利实施我国高速铁路"走出去"发展战略具有重要意义。     

基于动力分析的CRTSⅢ板式无砟轨道路基冻胀控制标准研究

哈大高速铁路的冬季运营经验表明,严寒地区高速铁路路基冻胀问题比较普遍。路基冻胀引起的轨道静、动态不平顺影响高速列车运行平稳性,有必要制定高速铁路路基冻胀控制标准。本文应用有限元方法建立车辆-轨道-路基冻胀分析模型,分析路基冻胀作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道变形规律及车辆-轨道结构的动力响应特征。计算结果表明:冻胀主要影响列车垂向动力学性能;随着冻胀量的增加,车辆运营平稳性明显下降,其中波长较短冻胀的影响更剧烈;当冻胀达到10m波长、15mm冻胀量时,底座板动态拉应力超出其抗拉强度。基于动力学分析结果绘制冻胀控制标准临界曲线,对路基不均匀冻胀进行划分。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道充填层自密实混凝土碳化及力学性能演变的研究

研究了CRTSⅢ型板式无砟轨道结构底座板、充填层和轨道板所用3类典型混凝土材料的碳化性能,并对上述3类混凝土材料单一和复合试件在碳化前后的抗压应力-应变特性进行了实验测试。研究结果表明:与普通自密实混凝土相比,掺入橡胶粉和乳化沥青的自密实混凝土碳化系数显著降低。碳化作用后混凝土底座板、轨道板和普通自密实混凝土充填层材料均呈现韧性降低,脆性增大,但掺入了橡胶粉和乳化沥青的自密实混凝土充填层材料碳化前后应力应变曲线变化不显著,材料的韧性得到改善。当充填层自密实混凝土掺入韧性组分后,由底座板、充填层和轨道板材料组成的复合体(试件)在标养和碳化条件下均呈现较好的韧性,有助于改善CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的动力学性能。     

严寒地区路桥过渡段无砟轨道结构变形及损伤

以路桥过渡段CRTSⅢ型板式无砟轨道为研究对象,采用ABAQUS软件,建立非线性分析模型,基于混凝土塑性伤损理论,研究严寒地区路桥过渡段无砟轨道结构的变形及损伤。结果表明:过渡段冻胀变形对底座板损伤影响较大,而过渡段沉降变形对复合板(轨道板与自密实混凝土结合体)和底座板损伤均有影响;当过渡段长度较短时,冻胀变形导致的结构层间离缝在过渡段变形起始位置最严重;冻胀变形导致的结构层间离缝峰值较大,复合板与底座板、底座板与路基层间离缝的峰值分别为3.39和5.91 mm,而沉降变形导致的结构层间离缝范围较大;温度荷载与沉降变形共同作用导致底座板出现初始裂纹的沉降变形从沉降变形单独作用时的25.5 mm大幅减小到10.4~18.3 mm;温度荷载与冻胀或沉降变形共同作用复合板与底座板层间离缝峰值均发生在轨道板板缝处,分别为5.47和4.97 mm;当冻胀或沉降变形与在过渡段变形末端或变形起始点左侧的列车荷载共同作用时,底座板的损伤最为严重。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板施工技术

盘营铁路客运专线为国内首条时速350 km铺设CRTSⅢ型板式无砟轨道的高速铁路,本文详细介绍CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板在客运专线中的应用及施工方法。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道底座凹槽四角裂缝产生机理及结构优化措施研究

针对高铁CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板施工过程中限位凹槽出现的四角裂缝病害，引入混凝土损伤塑性本构关系，建立底座板限位凹槽非线性随机损伤有限元分析模型，研究底座板凹槽四角裂缝产生机理并提出结构优化措施。研究结果表明：在较大负温度梯度荷载作用下，底座板凹槽四角位置会出现与现场实际情况相符的受拉损伤，负温度梯度为底座板凹槽四角裂缝产生的主要温度荷载条件，现场应重点关注轨道结构的负温度梯度情况；倒角能明显提高底座板凹槽四角混凝土损伤产生的临界负温度梯度，对限位凹槽的损伤情况也有一定程度改善，建议限位凹槽四角倒角半径取80～100 mm。现场应用情况表明，限位凹槽四角倒角结构优化设计对抑制凹槽四角裂缝产生效果明显。     

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。     

列车竖向荷载下CRTSⅡ型板式无砟轨道结构受力特性试验研究

采用1∶1足尺模型对列车竖向静荷载作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道结构受力特性进行试验,并对CRTSⅡ型板式无砟轨道梁板和梁体理论分析模型进行验证。按实际工艺在实验室内建造一段CRTSⅡ型板式无砟轨道,通过试验机和分配梁模拟同一转向架2个轮对的竖向荷载,利用应变片、应变计、压力盒和位移计等测试元件,对钢轨、轨道板、水泥乳化沥青砂浆和底座的受力与变形进行测试。根据无砟轨道梁板和梁体理论,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道结构有限元分析模型,对轨道结构在相同荷载工况下的受力与变形进行理论分析。将试验结果与计算结果进行对比,验证CRTSⅡ型板式无砟轨道梁板和梁体理论模型的正确性和适应性。     

CRTS Ⅱ型板式无砟轨道施工质量控制要点

1 施工质量控制重点 合蚌高铁主要采用CRTS Ⅱ型板式无砟轨道,结构由钢轨、弹性扣件、预制轨道板、乳化沥青砂浆调整层、连续底座、滑动层、侧向挡块等部分组成,路基上的轨道结构主要包括钢轨、弹性扣件、预制轨道板、砂浆调整层、混凝土支承层、侧向挡块等部分.CRTSⅡ型板式无砟轨道施工的主要工艺流程为:梁面打磨→两布—膜铺设→底座板施工→轨道板粗铺、精调→乳化沥青砂浆灌注→钢轨铺设与精调→侧向挡块施工.     

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。     

连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道伸缩附加作用计算分析

为研究高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道伸缩附加作用,建立了线-板-桥-墩一体化非线性有限元空间力学模型,以某多跨连续梁桥为基本工点,计算了桥梁和轨道伸缩附加受力和变形规律,并分析了纵连底座板与桥梁间滑动层摩擦系数,以及底座板刚度折减变化对连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道受力和变形的影响.