铜陵长江大桥无砟轨道车线桥动力性能研究

铜陵长江大桥主桥为90 m+240 m+630 m+240 m+90 m的5跨公铁两用连续钢桁梁斜拉桥,大桥下层为设计时速250 km的合福客专双线和时速160km的合庐铜Ⅰ级线路双线共四线铁路.为考察大跨度钢桥上铺设无砟轨道的适应性,针对铜陵长江大桥和桥上无砟轨道初步设计方案进行车线桥动力性能研究.结果表明:铜陵长江大桥在铁路桥面受力较大区域采用正交异性钢箱结构,能显著增强横断面的横向和扭转刚度,使得各跨桥梁的变形曲线较为平缓,梁端局部区域未出现明显的变形差异,且梁端压重有效降低行车条件下的桥面振动加速度,因而具备铺设无砟轨道的刚度条件;从行车安全角度,建议双块式无砟轨道道床板下减振垫层的刚度取0.1 N·mm-3;轴重较大的列车通过时,几乎所有的道床板在边支点附近均发生与桥面脱离的现象,而高速列车通过时,只有中跨跨中附近的道床板在边支点附近出现与桥面脱离的现象,且减振垫层刚度的差异对这种道床板与桥面脱离的现象影响不大.     

高速铁路大跨度钢桁梁斜拉桥轨道型式研究

研究目的:在总结铁路钢桥轨道结构应用的基础上,根据高速铁路大跨度钢桁梁斜拉桥和轨道结构特点,研究提出轨道结构选型原则,并对比分析有砟轨道、合成树脂枕轨道、板式无砟轨道、双块式无砟轨道的适应性,提出轨道结构选型建议。研究结论:(1)大跨度钢桁梁斜拉桥轨道结构选型应从轨道结构特性、施工性、维修性、综合经济性及环境性等方面综合考虑;(2)有砟轨道结构较为成熟,但结构自重大,养护维修工作量大,从寿命周期成本考虑,综合性能不高;双块式无砟轨道结构简单,自重较轻,但施工顺序对轨道线形有较大影响,对施工工艺要求高;(3)板式无砟轨道自重较轻,对钢桁梁桥适应性良好,且有一定的应用经验;合成树脂枕轨道结构简单、自重轻,维修工作量少,对钢桥适应性强,建议在高速铁路大跨度钢桁梁斜拉桥上研究采用合成树脂轨枕轨道和板式无砟轨道;(4)本文对高速铁路大跨度钢桁梁斜拉桥轨道结构选型有一定参考意义。     

大跨度桥上铺设无砟轨道结构设计研究

首先对日本、德国、UIC及我国标准中对铺设无砟轨道大跨度桥梁刚度进行分析,然后对大跨度桥梁梁端道床板稳定性、扣件上拔力计算、大梁缝处轨道结构设计、钢轨伸缩调节器区无砟轨道结构设计等桥上无砟轨道的关键问题进行研究分析和探讨,并提出了结构设计方法,为我国大跨度桥上铺设无砟轨道结构设计提供设计参考。     

公路城轨两用大跨度钢桁梁斜拉桥铺设无砟轨道关键技术

目前,公路城轨两用大跨度斜拉桥钢桁梁正交异性板上铺设无砟轨道缺少相关规范及工程实例,理论储备和应用经验也不足。通过分析公路城轨两用大跨度斜拉桥的结构特点,结合重庆轨道交通6号线两座大桥无砟轨道的设计情况,为减少运营后的养护维修、降低轨道结构的二期恒载,提出了一种可在公路城轨两用大跨度钢桁梁斜拉桥上铺设的轻型无砟轨道结构型式。通过在大梁缝处设置抬轨装置后,可有效避免线路刚度不均、钢轨支点距离过大的问题,使钢轨在梁缝处的各项位移减小,降低了钢轨在梁端的应力集中,保证轨道交通行车的安全性。     

双块式无砟轨道裂纹对结构受力特征的影响分析

建立了含初始裂纹的CRTSⅠ型双块式无砟轨道空间有限元实体模型,对无砟轨道的受力特性进行研究,为无砟轨道的优化设计及其养护维修提供一定的理论基础。综合考虑列车荷载和温度应力的共同作用,求出了裂纹张开量和道床板纵向钢筋应力,并分析了裂纹深度和道床板配筋率对裂纹张开量和道床板纵向钢筋应力的影响。得出结论:(1)在列车荷载和整体温降共同作用下,无砟轨道道床板裂纹深度对裂纹张开量和裂纹处道床板下层纵向钢筋应力的影响不明显;(2)在满足最小配筋率的前提下,道床板配筋率对无砟轨道道床板裂纹张开量没有影响;在列车荷载和整体温降共同作用下,道床板配筋率对裂纹处道床板下层纵向钢筋应力的影响也不明显。     

新型明桥面轨枕板式无砟轨道结构参数研究

钢桁梁桥由于其承载性能好和跨越能力较强等优点,在大跨度铁路桥梁中被广泛采用。但大跨度钢桁梁桥具有跨中挠度大、梁端转角大和温度变形敏感等特点,为了减小大跨度钢桁梁桥二期恒载、适应桥梁变形特性,在大跨度钢桁梁桥上采用新型明桥面轨枕板式无砟轨道结构。以南沙港铁路某大跨度钢桁梁桥铺设新型明桥面轨枕板式轨道为背景,采用有限元法建立大跨度钢桁梁桥上轨枕板式无砟轨道结构计算模型,研究了轨枕板结构参数对轨道受力与变形的影响,确定轨道结构的合理尺寸与参数。结果表明:轨枕板的外形尺寸直接影响其受力和变形特征;板下垫层的厚度对垫层的受力特性的影响较大;建议南沙港铁路某大跨度钢桁梁桥上采用具有2组承轨台、宽度为2800 mm的轨枕板,轨枕板厚度为280 mm,板下垫层厚度为120 mm。     

整体道床无砟轨道现浇道床板新老混凝土黏结面应力分析

对整体道床无砟轨道现浇道床板新老混凝土黏结面的应力状态进行了热—结构耦合分析,分析结果表明,轨枕结构尺寸对现浇道床板新老混凝土结合面的黏结应力有较大影响,为优化现浇整体道床无砟轨道结构提供了参考。     

富水隧道双块式无砟轨道结构形式优化研究

我国西南山区地质情况较为复杂，山区高速铁路隧道内一般采用无砟轨道结构，无砟轨道在施工和服役过程中易受强降雨及地质条件影响，隧道仰拱下方极易积聚承压水，进而引发道床板出现开裂、上拱、离缝等病害。为提高地下水作用下隧道无砟轨道道床板的耐久性和平顺性，基于建立的隧道双块式无砟轨道有限元模型，分析了仰拱填充层假缝和道床板伸缩缝对齐处增设不同长度的土工布、仰拱填充层和道床板层间增设不同数量的胀锚螺栓对无砟轨道受力和变形的影响。研究结果表明：增设土工布能有效减少无砟轨道道床板裂缝的产生，对提高耐久性有利，建议跨缝铺设土工布长度不少于300 mm;增设胀锚螺栓能有效降低道床板的垂向位移，对无砟轨道服役的平顺性有利，建议每段道床板增设12根胀锚螺栓。     

商合杭铁路裕溪河特大桥铺设无砟轨道桥面线形高精度拟合研究

商合杭铁路裕溪河特大桥是主跨324 m的双塔钢箱桁梁斜拉桥,也是我国在建的最大跨度无砟轨道斜拉桥。裕溪河特大桥无砟轨道的施工过程中需精确掌握桥面高程的理论变化,以便高精度铺就CRTSⅢ型板式无砟轨道板。本文主要研究了无砟轨道桥面线形的拟合问题,通过对比多种拟合方法,提出高次多项式拟合法可以很好的解决该工程问题,该方法的创立为今后项目中拟合大跨度无砟轨道桥面线形的做法提供了相关参考。     

减振型双块式无砟轨道振动能量特性研究

高速铁路无砟轨道中使用橡胶减振垫能有效减小环境振动,但会增强无砟轨道结构自身振动。本文建立车辆-轨道-桥梁耦合动力模型,采用功率流方法研究减振型双块式无砟轨道振动能量特性,探讨减振型轨道振动能量重分布问题,提出相应的功率流评价指标,对轨道结构振动进行评价。研究结果表明:设置减振垫将引起轨道结构振动能量重分布,使道床板的振动能量明显增加,造成振动能量在道床板上积聚,对道床板的正常使用性能不利。因此,对铁路轨道结构采取减振措施时,不仅需要以减小环境振动为目标,还应考虑轨道结构振动能量增加的不利影响。综合考虑减振垫刚度对桥梁振动和道床板振动能量的影响,建议减振垫刚度取值为40 MPa/m。     

太阳辐射对CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板表面温度影响的试验研究

无砟轨道是由钢筋混凝土材料构成的复合结构,受日照和气温影响很大。通过试验测得成都地区试验场地的气温、太阳辐射强度以及CRTS I型双块式无砟轨道道床板表面的温度,分析道床板表面温度随太阳辐射强度的变化关系,研究道床板表面放热系数的取值;分析太阳辐射强度对道床板表面温度的影响,建立道床板表面温度极值与气温极值、太阳辐射所引起的温度增量极值以及其他环境因素所引起的温度变化值之间的关系,并给出相应计算参数的建议值,为无砟轨道道床板内部温度场分布及无砟轨道温度应力研究提供试验基础。     

大跨度斜拉桥板式无砟轨道施工技术研究

CRTSⅢ型板式无砟轨道施工精度要求高,铺设在柔性的大跨度斜拉桥上精度难以控制。为研究斜拉桥无砟轨道施工精度控制方法,以新建南昌至赣州高速铁路赣州赣江特大桥为工程背景,通过有限元模拟分析,研究大跨度斜拉桥无砟轨道施工时,CPⅢ网联测的环境控制要求,以及大跨度斜拉桥无砟轨道施工的线形控制方法。结果表明,选择气温稳定、无温度梯度影响且风力不超过3级的夜间环境进行CPⅢ网联测,可有效保证大跨度柔性斜拉桥CPⅢ控制网联测的精度;无砟轨道施工阶段,合理调整索力,并根据大桥实测变形值不断修正预拱度计算模型,用于指导无砟轨道精调施工,可保证大跨度斜拉桥CRTSⅢ型板式无砟轨道的施工质量与精度要求。     

线路环境对双块式无砟轨道道床板温度场影响

研究目的:双块式无砟轨道结构道床板各表面接受太阳辐射热流密度与线路方向及地理纬度具有密切关系,本文基于太阳辐射及边界换热理论,结合试验数据,通过ABAQUS有限元软件建立路基地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构温度场分析模型,以探究不同线路方向及地理纬度对双块式无砟轨道道床板温度场的影响。研究结论:(1)当道床板侧表面法线方向与正南方向的夹角时,道床板横向温度梯度与竖向温度梯度均处于最不利工况;(2)当时,道床板整体温度梯度相对于原点的偏度标准值最小,为14.138℃/m,离散程度标准值最大,为10.446℃/m。此时道床板整体温度场处于最不利工况;(3)道床板横向温度梯度和竖向温度梯度,高纬度地区较低纬度地区更为不利,内陆地区较临海地区更为不利;(4)在高纬度内陆地区,道床板的温度梯度较大,且正负分布变化较快,道床板温度场处于最不利工况;(5)该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。     

广深港客专高架桥道岔区无砟轨道设计及施工

针对广深港客运专线工程特点,对广深港客专高架桥上道岔区无砟轨道的结构选型,采用轨枕埋入式无砟轨道进行了比较分析,并研究介绍了轨枕埋入式无砟轨道结构、道床板的分块、桥面保护层上限位挡台及无砟轨道与桥梁的连接等关键设计技术和及施工方法。     

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。     

客运专线桥上纵连式无砟道岔伸缩力与位移影响因素分析

以武广客运专线雷大特大桥铺设CRTSⅡ型纵连式无砟道岔为例,将一组客专18号渡线、CRTSⅡ型板式无砟轨道、桥梁、墩台视为一个系统,建立了岔-板-梁-墩一体化计算模型,分析了道岔、道床板、桥墩的受力和变形规律,以及道床板伸缩刚度、滑动层摩擦系数、固结机构等对各部分变形的影响。分析结果表明:基本轨伸缩附加力和纵向位移随道床板纵向伸缩刚度的减少而越大,道岔传力部件受力随道床板伸缩刚度减小而明显减小;滑动层失效不会对轨道结构的变形造成较大影响,但对墩台和固结机构受力不利;大跨桥上有必要设置固结机构,取消固结机构对基本轨位移变化及桥梁墩台受力不利。     

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。     

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。     

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。     

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。