现代有轨电车无砟轨道的路基设计探讨

现代有轨电车无砟轨道路基与传统的有砟轨道路基、客运专线无砟轨道路基相比,有一定的差别。结合工程设计经验,从路基面、基床厚度及填料要求、沉降要求、排水方面对现代有轨电车路基设计进行分析与论述,对无砟轨道路基结构进行计算分析,量化基床厚度、基床表层厚度、基床底层厚等技术指标,可为其他新建有轨电车工程设计提供参考。     

高速铁路无砟轨道路基面支承刚度研究

研究目的:为描述高速铁路结构设计中路基和地基的整体结构性能,提出并解释了路基面支承刚度概念,并对其工程意义及设计检测方法进行探讨.研究结论:路基面支承刚度是无砟轨道结构分析的重要参数,也是实现无砟轨道线下基础纵向刚度匹配的关键指标,可用于描述基床表层顶面对轨道结构地面的结构支承性能,同时也可作为轨道结构对路基结构性能的要求.通过对路基层状体系竖向刚度组合优化设计,可以实现路基面支承刚度的控制;通过不同断面的路基竖向刚度组合设计,可以实现线路纵向刚度调整,实现路基与其它构筑物刚度匹配.路基面支承刚度可通过承载板试验进行测试,承载板面积宜为1.0×1.0 m2～1.5×1.5 m2.     

车辆轴载作用下无砟轨道路基面动应力分布规律探讨

针对双块式无砟轨道路基的典型结构,在参考遂渝铁路无砟轨道综合试验段现场测试数据的基础上,结合有限元数值计算结果,运用Winkler弹簧地基上叠合梁模型的计算理论,对车辆单轴荷载作用下无砟轨道路基面动应力分布进行讨论,提出反映无砟轨道路基面支承刚度的基床结构地基系数计算概念,初步建立无砟轨道路基面动应力沿线路纵向分布长度的解析计算方法。研究表明:车辆单轴荷载作用下路基面动应力分布表现为横向均匀、纵向三角形的基本形式;对路基面动应力沿线路纵向分布长度影响的主要因素是无砟轨道混凝土结构的刚度,车辆轴重的影响不显著;无砟轨道混凝土结构长期刚度的衰变将对路基面承受的动力作用产生不利影响。     

翻浆状态下无砟轨道路基动力响应特征模型试验研究

高速铁路无砟轨道基床翻浆是一种特殊的路基新型病害,影响高速铁路运营的舒适性和安全性,为分析无砟轨道路基基床翻浆对路基动力响应特征的影响,开展无砟轨道-路基基床大比例模型试验。试验结果表明:基床翻浆状态时,在动荷载下底座板对基床表层产生瞬态碰撞,使得基床表层土动压力随动荷载加载次数的增大而逐渐增大,沿深度衰减速率变快;基床翻浆改变了基床表层与底座板之间的动力传递特性,竖向振动加速度比值增大了1. 95倍以上,动位移比值增大了4. 56倍以上,振动响应从底座板传递至基床表层衰减梯度增大;基床表层翻浆不断恶化,会降低基床表层对底座板的支承能力,致使无砟轨道-路基基床动力响应加剧。     

高速铁路路基动力响应特性

结合高速铁路路基基床动力响应现场实测与有限元计算,分析了无砟轨道路基动应力、动变形和振动加速度的幅值特征及变化规律,揭示了列车荷载作用下基床内应力、应变的分布规律。研究结果表明:轨道路基基床动应力范围为11~16 k Pa,随车速变化不明显,随轴重增大而增加,每1 t轴重产生动应力约为1.02 k Pa;无砟轨道路基基床表面动应力分布范围较大且相对均匀,动应力随深度衰减较缓慢;无砟轨道路基动变形较小,随着路基刚度的增大动变形减小且分布较均匀,路基对线路整体刚度影响不大;无砟轨道路基振动加速度一般不大于10 m/s2,振动主频100~500 Hz。     

高速重载有砟轨道路基动变形特性的数值分析

运用ABAQUS有限元软件建立有砟轨道—路基系统三维动态有限元模型,分析高速和重载列车荷载作用下的路基空间动应力、路基面横纵向动变形和剪应变特性。基于现场条件,选择砟脚内30cm和砟脚处作为路肩横向和纵向的动变形分析参考点,研究动变形引起的路肩倾斜角度随列车速度、道砟厚度、表层厚度和表层模量变化的规律。结果表明,路肩横向和纵向倾斜角随车速增大而增大,随道砟厚度、基床表层厚度和表层模量的增大而减小,基床表层和底层的最大剪应变较为接近,最大剪应变与路肩最大倾角大致呈线性关系。     

客运专线无砟轨道支承层施工技术研究

无砟轨道支承层是位于无砟轨道道床板和路基基床表层之间的中间过渡层,通过大量的现场试验研究,对支承层结构力学分析、材料组成、施工工艺和质量检测标准进行了较深入的研究,初步建立了支承层施工技术体系。     

现代有轨电车嵌入式轨道路基联合优化分析

为建立更加经济合理的有轨电车嵌入式轨道路基共同受力模式,获得最佳参数组合,分别建立承轨槽有限元模型和弹性点支承轨道模型,通过数据拟合得到高分子填充材料与等效扣件刚度之间的关系,建立嵌入式轨道路基有限元模型,采用正交试验方法研究道床板厚度、高分子填充材料弹性模量、基床表层弹性模量、基床底层弹性模量、基床表层厚度、基床底层厚度这6种因素对嵌入式轨道路基一体化共同受力和变形分布规律的影响。研究结果表明:综合考虑嵌入式轨道路基设计的技术性指标和经济性指标、极差分析结果和路基基床动应力要求,确定最佳嵌入式轨道路基设计方案为道床板厚度0.18m,高分子材料弹性模量7 MPa,基床表层弹性模量140 MPa,基床底层弹性模量90 MPa,基床表层厚度0.3 m,基床底层厚度0.6 m。     

400km·h^-1高速铁路无砟轨道基床结构及关键参数研究

为掌握列车荷载作用下路基应力概率分布特征,进行基于我国高速铁路无砟轨道不平顺谱条件下的车辆-线路耦合动力学计算;以路基累积变形效应区不超过基床范围为原则,分析基床厚度与基床以下路基性质的相互关系;结合模型试验获得的填料累积变形状态阈值,基于强度、变形、应变控制准则,进行400km·h^-1行车条件下的无砟轨道基床结构及关键参数研究。结果表明:路基面承受的列车荷载随轨面平顺性呈明显的随机变化特征,动力影响系数服从正态分布,轨道极端不平顺引起的最大动力影响系数为2.146,平均轨道谱下的常遇动力影响系数为1.491;路基累积变形效应区范围随填料强度降低而扩大,基床厚度为2.7m时,由低塑性土填筑的基床以下路基K30应大于等于100MPa·m^-1;以调控累积变形处于快速收敛状态为目标,提出基床表层采用0.7~0.3m厚级配碎石进行强化处理,K30大于等于190 MPa·m^-1,底层选用A,B组填料,相应K30控制值为130~150MPa·m^-1。     

板式无砟轨道路基翻浆整治效果研究

基床翻浆引起无砟轨道路基不均匀沉降,降低线路平稳性,影响高速铁路行车安全,一般采用注胶工艺对其进行整治。为评价基床翻浆段板式无砟轨道路基注胶整治效果,在沪宁城际路基翻浆工点进行现场行车测试试验,基于动力学响应指标分析方法研究基床翻浆注胶前后无砟轨道路基振动特性。结果表明:基床翻浆导致底座板与基床表层接触状态劣化,并改变无砟轨道路基的支承条件及传力路径,使振动能量垂向传递在底座板-路基面结构层间衰减较多;注胶加固后,轨道板和底座板振动位移、振动加速度、振动速度值大幅减少。其中,底座板是受注胶加固影响较大的结构层,其振动减小较大,列车以速度280km/h通过时,动位移均值从0.31mm减至0.16mm,减少48.4%;振动加速度均值从3.44m/s2减至1.13m/s2,减少67.2%。以上数据表明注胶后路基与底座板接触状态明显改善,路基已恢复参振耗能功能和对无砟轨道的支承作用,且振动波垂向衰减速率变大,列车速度对无砟轨道路基振动特性影响变小,注胶整治效果良好。     

无碴轨道路基关键技术探讨——以遂渝线无碴轨道综合试验段为例

研究目的:为适应我国客运专线建设的需要,铁道部组织开展了遂渝线无碴轨道综合试验,铁道第二勘察设计院联合西南交通大学等单位承担了遂渝线无碴轨道线下工程关键技术研究。研究方法:主要研究内容包括:(1)无碴轨道路基基床动力学特性试验研究;(2)地基沉降控制技术试验研究,其中重点研究桩-网结构路基和桩-板结构路基;(3)红层泥岩填料填筑无碴轨道路基适应性研究;(4)无碴轨道线下基础刚度匹配技术研究。本文结合遂渝线无碴轨道综合实验段路基工程试验研究和设计施工,就如何有效控制地基沉降、线下基础纵向刚度匹配、合理使用非良质填料三个客运专线无碴轨道路基关键技术问题进行探讨。研究结论:提出桩-网结构路基、桩-板结构路基适用条件及设计方法,提出路基面支承刚度及其设计应用,提出合理使用非良质填料的建议意见,并对客运专线无碴轨道路基设计、施工的关键问题进行了讨论。     

无碴轨道路基支承刚度测试合理加载面积初探

无碴轨道结构将松散的道碴换成了刚度巨大的钢筋混凝土材料,使得无碴轨道结构对路基的变形和刚度极其敏感,因此路基面的支承刚度是路基上铺设无碴轨道的重要技术条件之一。根据无碴轨道结构特点及路基动应力的衰减特性,对无碴轨道路基支承刚度的测试方法进行了初探,对路基支承刚度合理加载面积进行了讨论。     

基于车辆-轨道单元的无砟轨道动力特性有限元分析

根据CRTSⅡ型无砟轨道系统结构特点,建立列车-轨道-路基耦合系统动力分析模型,提出一种包含钢轨、扣件、轨下垫板、预制轨道板、CA砂浆层、混凝土支承层及路基的无砟轨道单元,并推导该单元刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。运用Lagrange方程建立高速列车通过时无砟轨道动力特性分析的有限元数值方程。结合实例,研究无砟轨道轨下垫板、CA砂浆层、路基等结构参数对轨道振动的影响,并对有砟轨道与无砟轨道连接段动力特性进行分析,分析时考虑列车速度、轨道基础刚度等影响因素。计算结果表明:无砟轨道结构参数合理取值与刚度合理匹配可显著提高轨道整体工作性能;连接段轨道基础刚度变化对钢轨垂向加速度和轮轨作用力均有影响,其影响随列车速度提高而增大;连接段采取轨道刚度渐变过渡措施,可明显降低车辆-轨道结构冲击振动,有效改善行车品质。     

遂渝线路基上板式无碴轨道结构设计研究

研究目的:本研究主要为了确定遂渝线无碴轨道综合试验段路基(刚性路基、土路基)上铺设板式无碴轨道的轨道结构参数。研究方法:利用有限元模型,路基按刚性路基、土路基、设与不设混凝土层、轨道板与底座伸缩缝是否对齐等多种工况进行轨道结构各层及基床表层的受力特性分析。研究结果:对于板式轨道没有必要在底座下设置混凝土层。土路基上轨道板与底座伸缩缝错开设置对轨道结构受力较为有利。研究结论:在刚性路基和土路基上,板式轨道可不设置支承层。土路基上设计板式轨道时应尽量减少底座伸缩缝的设置,同时应使轨道板与底座伸缩缝错开布置。刚性路基上设计板式轨道时可根据工程需要来确定轨道板与底座伸缩缝是否对齐。土路基上,在相同条件下,基床表层厚度由400 mm增加到700 mm,各层应力变化很小。     

城市轨道交通路基沉降与无砟轨道轨面不平顺映射关系

路基沉降会影响轨面不平顺,为了分析路基沉降与无砟轨道轨面不平顺间的映射关系,基于温克尔弹性地基耦合梁理论和有限元方法,建立考虑层间接触非线性整体道床轨道梁-体空间有限元模型,对轨道自重荷载和设计列车动荷载作用下轨面不平顺与路基沉降间映射关系展开研究,并在此基础上,提出城市轨道交通无砟轨道线路路基不均匀沉降的安全限值。分析结果表明:路基发生不均匀沉降时,无砟轨道结构在自重荷载和列车动荷载作用下发生跟随性沉降变形,且各层沉降幅值从上到下依次增大;路基沉降幅值越大轨面不平顺越明显,20 m沉降波长条件下,沉降幅值超过25 mm时轨道结构与路基间易形成脱空;轨面不平顺对路基沉降波长也极为敏感,20 mm沉降幅值条件下,当沉降波长超过25 m时路基与轨道结构间脱空现象明显缓解,此时轨面不平顺基本可与路基变形保持一致。     

土质路基板式无砟轨道基床动力特性研究

无砟轨道技术在高速铁路发展中得到越来越多的应用,在使用温克勒(Winkler)模型对土质路基无砟轨道进行分析时,路基中动应力的分布规律和基床反力系数的取值是决定线路结构设计成败的关键因素。以遂渝线无砟轨道铁路为背景,通过室内大比例动力模型试验,研究了循环荷载下路基基床动态参数的分布特征。考虑到工程实用性,对板式无砟轨道基础板底面的动应力进行必要的简化,联合Odemark理论和弹性理论来计算路基动应力,所得计算值和实测值很接近。在动应力分布已知的前提下,将路基各土层假设为一维压缩模型,并确定合理的有限压缩层厚度,探讨将多土层体系转换为等效Winkler地基模型的方法,得到不同工况下路基的基床反力系数,经与实测值相比较,证实了此计算方法是有效的。     

我国无砟轨道铁路路基技术的进步与发展

截止2019年,我国已建成高速铁路3.5万km,其中路基长度约1万km,涵盖我国由南到北、从东到西,除西藏地区外的不同气候、不同地貌、不同地形、不同地质区域。大规模的高速铁路建设,极大促进了我国无砟轨道铁路路基技术的进步与发展。本文梳理、总结了我国无砟轨道铁路路基取得的技术进步,主要体现在:(1)建立了一套无砟轨道铁路路基设计理论;(2)建立了路基与桥、隧等构筑物连接刚度协调匹配的技术体系;(3)创新了不同区域、复杂环境、特殊地质条件下的路基毫米级沉降变形控制技术;(4)创新了无砟轨道铁路路基稳定状态长期保持技术。同时,本文还探讨了无砟轨道铁路路基有待进一步研究的技术问题。     

遂渝线无砟轨道动力学性能研究

研究目的：研究建立无砟轨道结构动力学性能评估的方法和手段。 研究方法：应用车辆-轨道耦合动力学理论，建立列车一无砟轨道空间耦合振动模型，从而导出弹性地基上轨道板的运动方程；应用开发的无砟轨道动力学仿真软件TRACKDYNA，系统地研究评估遂渝线综合试验段无砟轨道及其过渡段的动力学性能。 研究结果：快速客车、重载货车以及普通货车通过路基上板式轨道时，轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率、CA砂浆动应力、路基面动应力等动力学指标均小于容许值。 研究结论：遂渝线无砟轨道结构动力学性能满足设计要求，过渡段结构设计方案是合理的；对于双块式轨道过渡段，适当降低2种轨道连接点处双块式轨道前几个扣结点的轨下胶垫刚度，可改善过渡段的动力学性能。     

路基不均匀沉降对列车-路基上无砟轨道耦合系统动力特性的影响

基于列车—轨道耦合动力学理论,建立能够考虑无砟轨道-路基系统各部件间接触状态非线性的列车-路基上板式无砟轨道三维有限元耦合动力学模型,并对建立的三维非线性有限元耦合动力学模型进行相应的程序验证。运用建立的耦合动力学模型,对列车在路基上无砟轨道线路上高速行驶时,在路基不均匀沉降作用下,列车-路基上无砟轨道耦合系统动力特性进行研究。研究结果表明:(1)路基不均匀沉降对车体振动加速度影响极大,路基不均匀沉降对车体振动加速度的影响与无砟轨道类型关系不大;(2)路基不均匀沉降对无砟轨道各部件动力特性有一定的影响,影响小于对车体振动加速度的影响,路基不均匀沉降对无砟轨道各部件动力特性的影响与无砟轨道类型有一定的关系,总体来讲,路基不均匀沉降对I型板式无砟轨道动力特性的影响要大于对双块式及Ⅱ型板式无砟轨道的影响。