铁路钢桥桥面铺装结构力学分析

桥面铺装结构是钢桥面板的重要防护体系。国内外对公路钢桥面铺装材料和结构开展了大量的研究,但针对铁路钢桥面的铺装研究却很少。本文以一铁路桥面铺装为研究对象,采用冷拌树脂沥青混凝土+树脂沥青黏结层+环氧黏结碎石层+钢桥面(ER铺装)防护体系,分析荷载工况、铺装弹性模量、铺装层厚度等因素对铺装层各项力学指标的影响。结果表明:在ZK特种活载作用下,倒T形大纵梁上方是铺装层可能产生纵向开裂的重点区域;铺设道砟、轨枕或钢轨对铺装层初始状态应力具有较明显的影响,其荷载效应约为ZK特种活载的13%;在ZK特种活载作用下,随着弹性模量或铺装厚度的增加,桥面竖向位移幅值有所降低。     

沥青混凝土底砟层的工程应用及其设计方法

总结沥青混凝土底砟层在轨道结构中的功能和优势,以及世界范围内沥青混凝土底砟层在实际工程中的应用情况,重点介绍并对比讨论各国沥青混凝土底砟层厚度设计方法及结构和材料设计中的关键指标控制。欧美国家及日本的研究和应用经验均表明,沥青混凝土底砟层能够满足有砟轨道的性能要求,且在防水、减振和降噪等方面具有优势,能够有效降低无砟轨道养护费用,延长使用寿命。目前,沥青混凝土底砟层普遍采用密级配沥青混合料,厚度设计主要参考沥青路面设计方法,以疲劳开裂破坏和永久变形量为主要验算指标。本文所述的应用经验和设计方法,能够为沥青混凝土道砟层在我国的推广和应用提供技术参考。     

重载列车作用下CRTSⅢ型板式轨道结构力学特性试验研究

通过建立CRTSⅢ型板式无砟轨道结构1:1足尺试验模型,开展30 t轴重列车作用下轨道结构力学特性试验,获得800万次疲劳试验后轨道结构力学性能演化特征。研究结果表明:疲劳荷载作用下,CRTSⅢ型板式无砟轨道各层动力响应基本呈逐渐增加之势;800万次疲劳荷载作用后,扣件竖向动、静刚度分别增加24.77%和23.94%,竖向动静刚度比变化不明显;隔离层竖向动、静刚度分别增加152.27%和136.11%,动静刚度比减小6.4%;底座竖向加速度最大值增加67.4%;底座混凝土板中处拉、压应力最大值分别增加55.6%和26.3%。研究成果对于开展重载铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道结构研究具有参考价值。     

铁路钢桥面浇注式沥青混凝土保护层材料特性分析

针对铁路系统运营特征对钢桥面保护层材料的耐久性等提出的特殊要求,结合正交异性钢桥面板及浇注式沥青混凝土的特性,通过对铁路铺装保护层使用特点分析,开展浇注式沥青混凝土与常用的聚合物水泥混凝土性能对比分析。试验结果表明,浇注式沥青混凝土保护层材料疲劳耐久性、密水性及协调变形能力具有明显优势;与聚合物水泥混凝土相比,疲劳寿命大幅度提升,密水性提高50%。研究成果对指导我国大跨径铁路钢桥面保护层材料设计具有重要作用。     

基于KENTRACK的铁路沥青混凝土底砟层疲劳特性评价

重复动载疲劳损伤是沥青混凝土底砟层的破坏形式之一。本文建立了沥青混凝土底砟层的三维有限元分析模型,分析其在列车荷载作用下的受力变形特性。采用KENTRACK设计方法分析了沥青混凝土底砟层的疲劳寿命。结果表明:沥青混凝土底砟层等厚度替代基床表层的路基结构形式在列车荷载作用下基床表层的竖向动变形和振动加速度明显减小;沥青混凝土底砟层的层底拉应变在10×10^-6~90×10^-6,处于较低水平;沥青混凝土底砟层具有良好的疲劳耐久性,可用于工程实践。     

铁路钢桥面浇注式沥青混凝土保护层材料特性分析

针对铁路系统运营特征对钢桥面保护层材料的耐久性等提出的特殊要求,结合正交异性钢桥面板及浇注式沥青混凝土的特性,通过对铁路铺装保护层使用特点分析,开展浇注式沥青混凝土与常用的聚合物水泥混凝土性能对比分析。试验结果表明:浇注式沥青混凝土保护层材料疲劳耐久性、密水性及协调变形能力具有明显优势;与聚合物水泥混凝土相比,疲劳寿命大幅度提升,密水性提高50%。     

无砟轨道沥青混凝土支承层准静态设计方法

沥青混凝土铺装轨道结构中,沥青混凝土支承层的厚度设计目前以经验为主。本文建立了轨道板在均布荷载作用下的层状弹性体系理论模型,应用有限元分析和实测数据验证了理论模型的有效性,提出以沥青混凝土层层底拉应变、路基面竖向应力、路基面竖向位移为关键设计指标的沥青混凝土支承层厚度准静态设计方法,并进行了实例设计。结果表明:理论分析结果相比有限元计算结果偏于保守,两者都在实测数据取值范围内;理论模型修正后可用于无砟轨道沥青混凝土支承层的厚度设计;设计指标的阈值可控制设计层的最小适宜厚度。     

渝黔铁路新白沙沱长江特大桥轨道结构选型

研究目的:特大跨钢桥在荷载作用下有竖向位移大、自振频率较高的特点,轨道结构的选型直接影响到大桥自身的安全及列车的正常运营,本文通过对国内外钢桥轨道结构选型的介绍,结合渝黔铁路新白沙沱长江特大桥自身的特点,分析轨道结构与钢桥的适应性,确定该桥合理的轨道结构型式。研究结论:(1)有砟轨道结构通过道砟厚度的微调能较好的适应新白沙沱长江特大桥钢桁桥自身以及轨道二期恒载引起的变形大的特性;(2)有砟轨道的碎石道床与该桥车桥振动时的受力特性清晰,也能够更好的适应钢桁桥自振频率高的特性;(3)有砟轨道轨道成熟和稳定的技术更有利该桥钢桁桥的建造和维护;(4)本研究成果在大跨、重载铁路钢桁桥的轨道结构选型上具有一定的参考价值。     

固废循环材料铁路底砟试验性能研究

有砟轨道至今仍是铁路轨道的主要形式之一,相对于无砟轨道,有砟轨道更节约成本.底砟是铁路碎石道床的重要组成部分,起着传递荷载、排水和防止道砟层与路基层相互渗透等作用.随着我国铁路系统规模的不断扩大,天然岩石资源匮乏,开发新的底砟替换材料对节约石材有着重要意义.而再生混凝土骨料、再生砖渣、钢渣等,被认为是具有良好力学特性的...     

重载铁路用道砟垫设计研究

有砟轨道桥隧段线下基础刚度大,在30 t轴重重载列车作用下道砟快速破碎,使道床弹性降低,加剧轮轨冲击,增加养护维修工作量。在重载铁路桥上采用道砟垫可以减缓道砟破碎,增加道床弹性,减少养护维修工作量。本文对重载铁路用道砟垫结构及参数进行了研究,研究结果表明道砟垫采用鞋钉式结构,表面用帘子布防止破损,在1 250万次疲劳试验后未发现有明显的破损,道床道砟粉碎率很小,轨道弹性保持能力较好,累积变形与有砟轨道类似。     

钢管混凝土双块式轨枕无砟轨道结构疲劳性能试验研究

新型钢管混凝土(CFT)双块式轨枕克服了桁架钢筋双块式轨枕存在的生产制造复杂、存放易锈蚀、运营阶段易开裂等问题,可广泛应用于高速铁路和城市轨道交通无砟轨道结构。为检验CFT双块式轨枕无砟轨道结构的疲劳性能,采用11根预制CFT双块式轨枕现浇制作足尺无砟轨道结构节段模型,开展橡胶隔振垫式减振轨道和现浇整体式轨道节段的疲劳试验,揭示其疲劳损伤特性,分析典型疲劳加载循环次数后静载作用下轨道结构应变和变形分布及其演化规律。研究结果表明：1.5倍静轴重的疲劳荷载累计作用500万次后,减振节段及整浇节段CFT双块式轨枕无砟轨道结构混凝土均未出现肉眼可见的裂缝,轨枕与现浇道床整体工作性能良好,疲劳性能满足规范要求;停机开展静载试验过程中轨道结构各测点混凝土横向应变值随荷载增大而近似线性增大,最大拉压应变值均远小于混凝土的极限应变值,工作状态良好;轨道整浇节段道床板中处于整体受拉的状态,可见设置层间连接钢筋实现了道床与底座的共同工作;疲劳试验过程中轨道结构测点竖向位移值总体随着静载的增大而逐渐增大,位移量级较小,满足规范要求,减振轨道节段竖向位移值及其变化率大于整浇轨道节段。研究结果可供类似研究及钢管...     

江阴长江公路大桥钢桥面铺装设计

钢桥面沥青混凝土铺装是大跨径桥梁建设的关键技术之一,备受世界各国工程界的高度重视。江阴大桥采用了浇注式沥青混凝土桥面铺装,在国内尚无工程实例。文章从材料结构、性能试验、有限元分析等方面介绍江阴大桥钢桥面铺装设计,从荷载调查及应力应变的变化分析了桥面铺装病害成因。     

南京长江大桥有砟桥道床弹性改善的研究

研究目的:为考察道砟垫对南京长江大桥有砟桥道床弹性的改善效果,在室内试验基础上,通过仿真计算和现场测试,分析了3种不同厚度道砟垫对有砟桥轮轨动力响应的改善情况.研究结论:仿真计算和现场测试都表明:铺设道砟垫对低频轮轨力、钢轨和轨枕的垂向位移、钢轨和轨枕的振动加速度有一定改善;对道床垂向位移、道床振动加速度有明显改善效果,道床垂向位移可增加50%以上,道床振动加速度可降低45%以上;道砟垫对动力响应的影响与列车速度、轨道不平顺波长和波深的关系不大;30 mm厚度的道砟垫对道床的弹性改善效果较好,且其产生的轨道整体动刚度与明桥面的轨道整体动刚度较接近,有利于实现明桥面和引桥的刚度过渡.     

米轨混凝土枕道床横向阻力离散元数值模拟

研究目的:为分析米轨混凝土枕有砟道床横向阻力变化特征,本文首先通过圆筒堆底试验与离散元模拟对道砟的摩擦系数进行标定,然后采用离散元法研究匀速推动轨枕和变速推动轨枕两种情况下米轨道床横向阻力特性,同时用单根轨枕测试法开展米轨道床横向阻力试验以验证离散元模型的正确性,最后利用离散元模型探究道砟堆高和道床肩宽对米轨混凝土枕有砟道床横向阻力的影响。研究结论:(1)通过圆筒堆底试验与离散元模拟发现,道砟颗粒摩擦系数取0. 63时与试验结果相吻合;(2)与匀速推动轨枕相比,变速推动轨枕得到的道床横向阻力仿真值与实测值更吻合,因此变速推轨枕得到的道床横向阻力的仿真精度更高;(3)米轨混凝土枕有砟道床横向阻力随着砟肩堆高的增加而增大,砟肩堆高150 mm能显著提高米轨混凝土枕有砟道床横向阻力;(4)随着道床肩宽的增加,米轨混凝土枕有砟道床横向阻力不断增大,当道床肩宽在400～500 mm之间时对道床横向阻力的提高最经济有效;(5)本研究成果可为米轨铁路无缝线路设计理论和米轨铁路有砟道床设计理论提供参考。     

道砟胶对道床参数的影响研究

为了明确经过道砟胶组织后,道床参数的变化情况,在试验室进行了轨道实尺模型试验,测试了喷道砟胶前后道床纵、横向阻力、支承刚度的变化情况。试验结果表明:如果喷胶量为48 kg/m3,枕底、枕间及砟肩都喷道砟胶时,道床纵向阻力大约提高8.5倍,横向阻力大约提高17.4倍,加载的竖向力为140 kN时支承刚度提高37.6%,并且在卸载5 min内轨枕位移约恢复90%。因此,道砟胶可以应用在小曲线半径无缝线路、无砟轨道向有砟轨道的过渡段上,以提高道床横向阻力、调整道床支承刚度。     

CRTSⅡ型无砟轨道桥面防水层黏结性能试验研究

高速铁路混凝土桥梁的防排水是一项系统工程，CRTSⅡ型无砟轨道结构的混凝土桥面，主要采用喷涂聚脲防水层。在高速铁路运营过程中，部分混凝土桥面聚脲防水层出现了黄变、龟裂、剥离、起鼓、破裂等病害。在大量现场调研和分析基础上，设计了施工环境及工艺仿真试验平台，对桥面防水层关键施工阶段的环境条件、工艺工法的工况进行模拟。通过外观和附着力性能试验，量化分析了防水层黏结失效的主要原因及程度，对CRTSⅡ型板式无砟轨道桥面防水层病害进行了深入研究。研究结果可为铁路混凝土桥梁的耐久性检查、维修和新建桥梁防水工程的实施提供参考。     

重载铁路有砟轨道用弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法研究

在重载铁路有砟轨道区段铺设弹性轨枕可有效降低轮轨相互作用,减缓桥隧区段道砟粉化,从而延长轨道结构养护维修周期。有砟轨道弹性轨枕枕下垫层静刚度值是结构体系中的重要参数,直接影响弹性轨枕的应用效果。我国早期制定的标准中弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法不尽合理。本文在总结对比国内外标准的基础上,结合室内试验,对弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法从枕下垫层静刚度大小的评估方法、试件的制作及支承状态、静刚度计算时荷载取值范围三个方面进行了优化,可为我国重载铁路有砟轨道弹性轨枕结构设计提供参考。     

国内外规范关于竖向温度梯度的规定研究

竖向温度梯度对箱梁的整体、局部受力及变形具有一定影响,但目前大量采用的预应力混凝土箱梁在截面构造、结构刚度等方面均有较大变动,既有针对无砟无枕小型箱梁的温度场研究成果已不能完全适用。因此,有必要针对国内外规范关于竖向温度梯度的规定进行研究。通过对比英国BS5400、美国AASHTO、德国DIN101、新西兰桥梁设计规范和我国公路、铁路桥梁设计规范关于混凝土梁体竖向温度梯度的规定,以3?m高度的箱梁为例,在不考虑梁体铺装层厚度的情况下,对其竖向正、负温度梯度分布进行对比。研究得出:为掌握铁路预应力混凝土箱梁竖向温度梯度对结构受力和变形的影响,应准确模拟桥上有砟/无砟轨道结构对箱梁温度分布的影响,以及根据不同的阶段选取合适的温度梯度。     

隧道内有砟轨道铺设弹性轨枕的动力特性分析

弹性轨枕已被应用于国内外多条有砟轨道线路,铺设于路基、桥涵地段以减小道砟受力。为探明隧道内有砟轨道铺设弹性轨枕的适用性及其减振性能,基于动力学理论与有限元法,建立车辆-有砟轨道-隧道空间耦合动力学模型,分析弹性轨枕对车辆、轨道以及隧道动力响应的影响,并对枕下垫层合理刚度进行探讨。结果表明:弹性轨枕能保证隧道内行车的安全性和平稳性,车辆动力学指标变化不大;枕下垫层会导致钢轨、轨枕垂向位移显著增加,但可大幅降低有砟道床动态响应;相比普通有砟轨道,弹性轨枕具有很好的减振效果,隧道壁振动最大减小17dB,发生于80Hz中心频率处;从控制轨道振动和位移、保证减振效果的角度考虑,建议枕下垫层刚度取40~60kN/mm。     

高温季节桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道温度分布试验研究

为研究高温季节高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道的温度分布规律,制作CRTSⅡ型板式无砟轨道-预应力混凝土简支箱梁1:4缩尺试验模型。通过开展夏季典型高温天气的温度试验,分析高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的温度分布变化规律,研究无砟轨道横、竖向温度分布型式。结果表明:在非阳光直射条件下,高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道竖向温度分布、温差分布和温度梯度分布均呈"S"形非线性分布,且呈周期性变化;轨道板与CA砂浆层间竖向温度梯度为正温度梯度,最不利竖向负温度梯度发生于CA砂浆层与底座板层间;CA砂浆内部竖向温度梯度最显著,最大值为27.0℃/m;无砟轨道横向温度分布呈抛物线型,三维温度分布呈马鞍形曲面。