桥上CRTS Ⅱ型底座板疲劳时变可靠性研究

主要研究桥上CRTS Ⅱ型底座板在列车荷载、温度荷载、桥梁变形共同作用下的疲劳时变可靠性。为探讨列车荷载、温度梯度、桥梁变形的作用效应，依据CRTS Ⅱ型底座板混凝土、钢筋的疲劳性能，建立列车荷载、温度荷载、桥梁变形共同作用下的CRTS Ⅱ型底座板混凝土弯压和钢筋弯拉时的疲劳时变极限状态函数，分析混凝土疲劳强度、温度梯度、混凝土疲劳弹性模量、桥梁变形曲率、模型不确定系数、列车荷载产生弯矩的统计特征，采用PHI2方法开展底座板疲劳时变可靠性分析，并与传统时点可靠度方法的分析结果做对比，探讨底座板疲劳时变可靠指标对列车荷载、温度梯度、桥梁变形曲率的敏感性。研究结果表明：在底座板服役期内，底座板轨下截面处的混凝土弯压和钢筋弯拉的疲劳时变可靠指标均满足规范要求；传统时点可靠度方法求得的可靠指标偏大，给CRTS Ⅱ型轨道结构营运带来安全隐患；桥梁变形曲率的变化对疲劳可靠指标的影响最大，列车荷载的影响相对较小，温度梯度对可靠指标几乎无影响；荷载参数的均值大于变异系数对可靠指标的影响。研究成果可辅助确定CRTS Ⅱ型底座板养护维修的时间和方式，为高速铁路结构的运维提供理论参考。     

基于矩法的CRTSⅡ型轨道板横向抗弯承载力时变可靠度研究

建立列车荷载与环境共同作用下轨道板横向抗弯承载力极限状态函数,利用该极限状态函数,提出基于矩法的CRTSⅡ型轨道板横向抗弯承载力时变可靠度分析方法。算例假定轨道板处于3种不同侵蚀环境中(低速退化、中等退化和严重退化)。分析结果表明:矩法易与结构有限元分析技术结合,方便用于具有隐式功能函数的无砟轨道结构可靠度分析;与蒙特卡洛方法相比,在计算结果几乎相同的情况下,提高了计算效率。时变可靠度分析结果同时表明:当轨道板处于中等或严重退化环境中时,其横向抗弯承载力可靠度会低于规范限值。本文研究结果对无砟轨道的使用寿命预测和维修养护有一定的参考意义。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土疲劳寿命预测模型试验研究

为研究桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土的力学特性,对5块轨道板单元进行静载试验,分析桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道轨道板的开裂荷载、极限荷载、开裂弯矩和破坏弯矩等力学参数。并在静载试验研究的基础上,结合2010版《混凝土结构设计规范》和国内外混凝土结构疲劳特性的研究成果,确定适用于服役期间组合荷载下桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土疲劳寿命预测模型的混凝土S-N曲线。研究结果表明:桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土抗拉强度和抗压强度可取2010版《混凝土结构设计规范》中的规定值;可采用修正宋玉普混凝土S-N曲线或Goodman平均应力修正的Tepfers混凝土S-N曲线作为桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土S-N曲线。本文的研究成果可为服役期间组合荷载下桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土疲劳寿命预测模型的建立提供试验依据。     

高速铁路CRTS Ⅲ型轨道结构RAMS研究

采用RAMS研究方法,构建了CRTSⅢ型轨道结构RAMS参数体系。分别建立了轨道结构设计状态、混凝土碳化、冻融、氯离子侵蚀环境条件下的功能函数,对轨道结构进行可靠度分析。进行了CRTSⅢ型轨道结构故障模式和影响分析,针对可能出现的故障,分析了常用诊断和检测方法、维修手段。在可靠性及维修性研究基础上,对轨道结构进行了可用性分析,并基于风险理论对轨道结构进行了安全性分析。分析结果表明:各种设计荷载组合下轨道板不会失效;在混凝土碳化、冻融和氯离子侵蚀环境条件下轨道板失效概率较小;CRTSⅢ型轨道结构维修量少,可维修性强,日常检查及维修可在天窗时间内完成;CRTSⅢ型轨道结构可用性高,除地质灾害等特殊原因外不会影响列车正常通行;轨道结构各种风险可控。     

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。     

CRTSⅡ型板式预应力混凝土轨道板预制生产工艺

正CRTSⅡ型轨道板预制工艺是根据铁道部现行技术标准、规范和设计图纸制定,其中包括CRTSⅡ型板式轨道用预应力混凝土轨道板的预制工艺和CRTSⅡ型轨道板预制施工工艺。施工工艺包括钢筋加工绑扎安装、预应力张拉、混凝土灌注、轨道板起吊运输存放、打磨、装配等。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的疲劳力学性能分析

研究目的:目前无砟轨道结构在高速铁路中应用广泛,但对其疲劳问题的研究却并不多见。为了探究路基上CRTSⅡ型无砟轨道结构体系在恒载、温度和列车往复荷载作用下的疲劳力学性能,本文基于等效静力法实现了CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的疲劳力学性能及损伤发展的三维仿真分析,揭示出CRTSⅡ型板式无砟轨道结构体系在运营过程中的经时性能演变规律。研究结论:(1)冬季轨道板大部分区域处于受拉状态,假缝处可能发生开裂损伤;夏季轨道板基本处于受压状态,仅板底假缝附近局部受拉;(2)轨道板、CA砂浆、支承层最大应力随着时间增加而减小,竖向位移差随着时间增加而增大,但都在约20年后趋于稳定;(3)轨道板除假缝(拼缝)位置外基本无严重疲劳损伤,且各条假缝(拼缝)的开裂损伤发展会在5年内趋于稳定,最终各断面的开裂面积比大约稳定在0.7左右;(4)本文可为路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构体系的设计、维护和维修提供一定的理论依据。     

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。     

CRTSⅡ型轨道板预制生产关键技术

文章结合CRTSⅡ型轨道板结构特点,说明CRTSⅡ型轨道板生产的关键技术包括轨道板场设计、轨道板预制中的模具选择与安装调整、混凝土配制、轨道板养护控制及打磨工序优化等,已经形成了我国轨道板生产成套技术和材料体系.     

CRTSⅡ型板式轨道砂浆快修对轨道结构受力性能的影响分析

以CRTSⅡ型板式无砟轨道结构为研究对象,结合现有的砂浆快修技术,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道快修砂浆的力学模型,采用有限元方法,计算列车荷载单独作用、正温度梯度和列车荷载共同作用以及负温度梯度和列车荷载共同作用3种工况下轨道板的最大拉、压应力,砂浆层最大垂向压应力和快修砂浆层以及轨道板的最大垂向位移。计算结果表明,在各种荷载的作用下,快修砂浆处的轨道结构受力均能够达到正常投入使用的标准,并且快修砂浆的应力值未超过其2 h强度值3 MPa,因此不需要对维修的轨道进行临时支护。     

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。     

考虑徐变效应的高速铁路预应力箱梁上拱变形时变可靠度研究

借助《JTG 3362—2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中的徐变系数模型,建立考虑徐变效应的预应力混凝土(PSC)箱梁跨中截面上拱变形功能函数。利用此功能函数,发展基于三阶矩法的箱梁上拱变形时变可靠度分析方法。与蒙特卡洛模拟方法的对比研究表明:在保证计算精度的前提下,本文的可靠度方法提高了计算效率。时变可靠度分析结果同时表明:预应力张拉结束后PSC箱梁跨中上拱变形可靠度水平较低,二期恒载加载后上拱变形可靠度趋于稳定;建议通过适当降低预应力偏心距以减小截面上下缘应力差等方法来提高考虑徐变效应的上拱变形可靠度,以更好地满足高速列车长期安全、平稳、舒适运行等要求。     

基于概率密度演化的斜拉索多级变幅时变疲劳可靠度分析

拉索是斜拉桥的主要受力构件,在车辆、风等交变荷载作用下易发生多级变幅疲劳损伤,而经典可靠度方法预测多级变幅时变疲劳可靠度难度大且计算效率低。针对这一问题,提出一种高效的多级变幅斜拉索时变疲劳可靠度预测方法。基于Miner累积损伤理论,建立同时考虑荷载和材料随机性的变幅疲劳损伤概率演化模型;构建应力幅出现频率指标,解决多级变幅疲劳损伤演化过程中偏微分方程难以确定问题,通过概率密度演化方法精确计算多级变幅时变疲劳可靠度,并采用五级变幅材料试验数据和某桥梁斜拉索的模拟数据验证所提方法的可行性。结果表明:所提方法的计算效率远高于蒙特卡洛方法;在小概率失效时,其计算精度高于蒙特卡洛方法。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道轨道板力学性能试验研究

通过七块CRTSⅡ型无砟轨道轨道板的静载和疲劳试验,发现轨道板在开裂前基本处于弹性状态,其控制截面实测应变值与实体单元、板单元有限元模型的理论计算结果较为吻合,而与初等梁理论的计算结果在轨下截面偏差较大;轨道板的静力强度均满足规范要求,但疲劳强度需进一步加强,施工过程中应加强对预应力工序的控制。     

客货共线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道疲劳寿命预测

针对客货共线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道的疲劳寿命问题,采用有限元软件,通过应力等效原理及列车运行速度确定了室内混凝土疲劳试验的加载值和加载频率;在各组合工况下对混凝土试件进行重复加载,分析了抗折强度和动弹性模量的关系,确定采用动弹性模量衰减幅值来评价混凝土疲劳寿命;将试验结果拟合为混凝土损伤曲线,并基于Palmgren-Miner疲劳累积伤损准则得到不同荷载作用下轨道板疲劳寿命预测值。结果表明:混凝土动弹性模量和抗折强度之间存在良好的相关性;荷载频率越低或应力水平越高,混凝土损伤发展速度越快;忽略其他荷载耦合作用时,客车荷载作用下轨道板的疲劳寿命约为货车荷载作用下的2倍,而客、货车荷载交替作用下无砟轨道的疲劳寿命则介于上述2种荷载作用之间。     

列车荷载对CRTSⅠ型板式轨道疲劳损伤的影响研究

为研究CRTSI型轨道板及CA砂浆层在列车疲劳荷载作用下的疲劳损伤,按照轮轨力的正态分布规律及疲劳荷载编谱方法中的单参数计数法将列车荷载简化为2种疲劳荷载谱,通过建立的弹性地基梁-体模型计算了列车疲劳荷载作用下轨道板及CA砂浆应力值,采用Miner线性准则及以应力为基础的疲劳寿命计算方法,分别计算了轨道板混凝土及CA砂浆在60年服役期内的疲劳损伤。理论分析结果表明:仅考虑列车疲劳荷载作用时,轨道板混凝土及CA砂浆材料在60年服役期不会发生疲劳破坏;不同的疲劳荷载谱对轨道板及CA砂浆的疲劳损伤几乎没有影响。     

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。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板屈曲分析

根据桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构特性,利用有限元分析方法,采用梁单元模拟钢轨,实体单元模拟轨道板、底座板和桥梁,弹簧单元分别模拟砂浆填充层和滑动层,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力计算模型。基于现场测量的底座板厚度资料和桥梁资料,计算出模型中各单元参数值。利用当地气温资料和轨道机车类型,得到最大温升和列车制动力值,计算出温度荷载和列车制动荷载作用下底座板厚度不足处纵向力值。分析温度荷载和列车制动荷载对底座板厚度不足处屈曲的影响。     

自密实混凝土性能劣化对CRTS Ⅲ型板式轨道荷载效应的影响

充填层是CRTS Ⅲ型板式轨道的核心部件,由于板式轨道是典型的“三明治”结构,充填层易受环境的影响而出现性能劣化,从而对轨道结构不利。为探究充填层自密实混凝土性能劣化对板式轨道荷载效应的影响,采用ABAQUS软件并结合已有的充填层混凝土损伤研究结果,建立充填层整体损伤工况和更接近实际使用情况的充填层梯度损伤工况的轨道结构有限元模型,计算轨道结构在不同工况的列车荷载和温度荷载下,轨道板、充填层和底座板的应力与位移变化情况,分析充填层疲劳损伤对轨道结构整体性能的影响。结果表明,充填层混凝土的整体损伤将导致充填层刚度显著下降,在列车和温度荷载下,轨道板和充填层组成的复合板易出现各方向的位移,使轨道结构出现局部磨耗增加和轨道不平顺等现象;充填层受荷时各向应力均大幅减小,轨道板的总体应力上升且易出现应力集中,底座板应力相较于其上部结构受充填层性能变化的影响较小。充填层出现四周梯度损伤时,不同荷载作用下,从损伤区至未损伤区应力和位移表现为连续变化,未出现明显的应力集中和应力突变;不同荷载作用下,轨道结构出现损伤的区域应力明显下降,但未发生损伤的板中部区域应力上升,加速了板中部区域的动载疲劳效应,...     

CRTS Ⅱ型板式无砟轨道横断面计算探讨

在CRTSⅡ型板式无砟轨道系统中,一个重要问题是轨道横断面数据的计算,如隧道与路基支承层、桥梁底座板、轨道基准点与铺设锥、轨道板精调等数据.在桥梁上,桥梁底座板受各种荷载的影响产生变形,最终影响轨道的平顺性,因此还必须考虑桥梁设计荷载对断面数据计算的影响.对CRTSⅡ型板施工横断面计算的一些问题进行了探讨,建立考虑设计...