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。     

竖向温度梯度对箱梁受力的影响

为验证客运专线时速250 km的32 m简支箱梁的使用性能,选择4孔梁进行现场预制和试验。在梁体预制过程中顶板底面中心产生了顺桥向裂缝,裂缝在白天、夜晚呈现明显张合趋势。为分析竖向温度梯度对裂缝的影响开展了试验及理论研究。研究结果表明:存梁期间日照引起的竖向正温度梯度是桥面板裂缝产生的主要原因;裂缝主要影响结构的使用耐久性,对受力影响较小。建议有砟箱梁设计时充分考虑轨道铺设前竖向温度梯度的影响。     

高速铁路常用跨度简支箱梁优化研究

以设计速度350km.h-1、跨度32m的预应力混凝土箱梁为例,在分析梁体基频、刚度和变形的设计值与实测值差异成因的基础上,进行高速铁路常用跨度简支箱梁优化研究。结果表明,对于铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道的32m预应力混凝土双线整孔箱梁,实测梁体的自振频率约为设计值的1.4倍,其竖向刚度为设计值的1.7倍,混凝土弹性模量提高、二期恒载降低及桥梁与无砟轨道相互作用分别使梁体基频提高约4.9%～19.9%,4.8%～10.5%和3.6～5.7%;混凝土弹性模量提高、支座摩阻及桥梁与无砟轨道相互作用分别使梁体刚度提高10.1%～43.7%,5.9%～17.7%和7.4%～11.8%。鉴于梁体频率实测值比设计值高出较多,建议设计时梁体频率可取规范限值的0.9;梁体刚度虽可以进一步降低,但应严格控制预应力混凝土梁体的残余徐变变形,确保长期变形不大于现有箱梁的设计值。鉴于跨度32m以上简支梁桥的车桥动力响应显著降低,建议对更大跨度简支梁开展研究。     

铁路整体PC箱形梁的徐变效应分析

研究目的:混凝土的徐变对预应力混凝土结构的影响不容忽视。在进行结构分析时,不同的计算模式,计算的内力和变形计算结果也不一样,其中混凝土徐变引起的预应力损失对于结构内力及变形的影响尚有待进一步探索。研究方法:文中结合铁路桥梁设计规范,采用MIDAS/Civil结构分析软件,对双线铁路整体PC箱梁在3种计算模式下,进行施工中预应力的张拉、落梁以及二期恒载作用阶段的受力和变形分析,探讨了徐变引起的预应力损失对结构的影响。研究结论:对简支结构而言,混凝土徐变不会产生次内力,但会使应力重新分布,考虑徐变引起的预应力损失将使梁体的内力减小;梁体在张拉力作用下产生上拱变形,并随时间推移而缓慢发展,二期恒载的作用将有效减小上拱挠度,梁体的徐变变形占总变形的50%,徐变引起的的变形对梁体对结构下挠不利,而对于上拱度的控制是有利的。     

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。     

梁体温差对桥上无砟轨道横向稳定性影响研究

随着桥上无缝线路在运营中出现各种病害,桥上无砟轨道的横向稳定性问题越来越引起重视。基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道横向稳定性分析模型,分别计算分析梁体在均匀温度和双向温度梯度下对无砟轨道结构横向变形的影响,有益于进一步深入研究桥上无砟轨道的横向变形机理。结果表明:与均匀温度荷载相比,双向温度梯度荷载对无砟轨道结构横向变形影响相对较小,但对钢轨轨距的影响较大,桥上无砟轨道结构的横向稳定性受梁体伸缩附加力与梁体几何形变的共同影响。因此建议在设计桥上无缝线路时,无论考虑哪种梁体温差荷载,都需要对桥上无砟轨道结构的横向稳定性进行检算。     

圆曲线段无砟轨道横竖向温度梯度研究

研究目的:为得到设有超高的无砟轨道温度场分布的时变规律,建立无砟轨道横竖向温度梯度荷载模式,在某客运专线圆曲线段上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道中埋设温度传感器对其温度场进行了长期连续观测。研究结论:(1)无砟轨道昼夜温度变化较大,表面最高日温差可达24.7℃,平均日温差达19.0℃;(2)随着距表面深度的增加,无砟轨道温度变化幅值逐渐减小,峰值出现时间不断滞后;(3)底座板底面最大日温差为6.1℃,平均为5.0℃;(4)纵连板式无砟轨道的竖向温度梯度可拟合为指数曲线,与铁路桥梁设计规范规定的箱梁竖向温度梯度分布在形状上较为符合;(5)纵连板式无砟轨道横向温度梯度分为轨道板和底座板两类,轨道板横向温度梯度可采用二次函数拟合回归,底座板横向梯度可采用线性分段函数拟合;(6)研究成果可为我国中部地区高速铁路设计温度荷载模式提供指导作用。     

简支铁路箱梁与轨道结构温度场仿真分析

针对目前我国高速铁路中普遍采用的32 m简支箱梁与CRTS II型无砟轨道结构,基于传热学基本理论,考虑太阳辐射与对流换热,采用ANSYS有限元软件建立箱梁-无砟轨道温度场仿真分析模型,分析整个结构在典型时刻的温度分布特征,并研究无砟轨道板、箱梁顶板、腹板和底板等典型位置处的温度随时间变化规律。基于温差最大时刻的结构温度分布,根据温度场数值仿真模型计算结果,拟合得到无砟轨道结构和无遮盖部分箱梁的竖向温度梯度分布模式,可为我国典型地区CRTS II型无砟轨道的温度应力计算提供参考。     

高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道快速升降温模型试验研究

为深入系统研究高速铁路桥上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道温度场分布规律,制作无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁1/4缩尺试验模型,通过开展快速升降温试验,分析CRTSⅡ型无砟轨道二维温度场分布规律,提出轨道系统横、竖向温度三维分布形式。研究结果表明:高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道竖向温度及温差分布呈三段式阶梯形;横向温度分布呈抛物线形;CA砂浆层是影响轨道系统横、竖向温度场分布的最主要因素;轨道系统竖向负温差主要产生于轨道板;轨道板与CA砂浆层间竖向温度梯度最为显著,最高达4.5℃/cm;横向最大负温差为-4.4℃,最大正温差为5.5℃,分别产生于底座板上部和中部;轨道系统横、竖向温度三维分布呈三段式阶梯形曲面。研究结果可为高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道温度效应设计和研究提供参考。     

混凝土箱梁桥竖向预应力失效原因分析及对策

通过对混凝土箱梁桥竖向预应力失效的原因进行分析认为,一方面是采用有粘结的高强精轧螺纹钢筋作为竖向预应力筋,施工工艺要求高,难以符合设计要求;另一方面是设计规范中关于竖向预应力抗剪强度计算之规定也不完善。建议采用无粘结的预应力钢绞线作为竖向预应力筋,提出新的抗剪承载力计算公式等,并探讨这些对策在施工与设计中的优越性。     

900t大型预制箱梁早期张拉抗裂性能研究

运用数值方法和现场测试,研究900 t大型预制预应力混凝土双线简支箱梁在预、初张拉过程中的应力、变形状态及抗裂性能。采用通用有限元分析软件MIDAS/Civil,按弹性支撑计算模型,对预、初张拉阶段箱梁的应力和变形状态进行模拟计算,分析基础刚度、箱梁翼板有效宽度及混凝土弹性模量关键参数对计算结果的影响。在箱梁跨中截面内埋设钢弦式应变计,在梁顶面布置观测标,监测预、初张拉阶段的混凝土应变和梁体变形。研究结果表明,900 t大型预应力混凝土双线简支箱梁跨中截面在预、初张拉阶段未出现拉应力,初张拉后箱梁明显上拱。采用只受压弹性连接模拟箱梁与台座之间的接触关系进行箱梁受力状态分析,能够模拟出梁体在预应力束逐批张拉下梁体逐渐起拱以及梁体自重逐渐参与作用的实际情况,梁体上拱变形的计算结果与实测结果符合较好。     

双线铁路整体PC箱梁上拱度分析

由于混凝土的徐变效应,预应力混凝土简支箱梁桥的梁体在预应力荷载作用下的上拱变形缓慢发展,因而对桥梁设计及施工中的徐变变形分析尤为重要。如果对于徐变变形的预测不准,在运营阶段梁体徐变变形的发展将会引起桥面的立面线形不平顺,严重影响行车安全和旅客舒适度,甚至将造成梁体上拱度过大而无法使用。在高速铁路上这种影响显得尤为突出,应予以足够重视。本文针对某双线铁路就地浇筑的预应力混凝土整体箱梁,采用MIDAS/Civil结构分析软件,结合国内外几种规范中徐变系数的计算公式,计算在施工阶段的预应力张拉、落梁和铺砟后的荷载作用下梁体的变形,并将其与现场实测的数据比较。通过现场实测变形与理论分析结果的对比得出,采用我国现行铁路规范的计算值与实测值吻合良好。     

大跨度预应力混凝土连续箱梁桥收缩徐变效应分析

针对武广客运专线某大跨度预应力混凝土箱梁桥,采用MIDAS/Civil结构分析软件,结合国内外几种规范中徐变系数的计算公式,计算其在铺砟后1年内梁体的变形,并将其与现场实测的数据比较.通过现场实测变形与理论分析结果的对比得出,采用GL2000模型的计算值与实测值吻合良好,为实际箱梁桥的收缩徐变计算提供参考.     

温度梯度荷载对桥上无砟轨道几何形位的影响分析

我国在设计桥上无缝线路时,桥梁温度荷载按照相关规范规定采用均匀温度荷载,这与桥梁在自然环境中所受到的温度梯度荷载存在一定的差异。基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道有限元模型,分别计算分析在均匀温度和竖向温度梯度作用下桥梁变形对无砟轨道结构几何形位的影响,有益于进一步深入研究桥梁温度荷载的合理取值。结果表明:与均匀温度荷载相比,竖向温度梯度荷载对桥上无砟轨道几何形位影响很大,且主要影响桥上无砟轨道的高低几何形位,对无砟轨道的水平几何形位也有一定影响,因此建议在设计桥上无缝线路时,考虑桥梁温度梯度荷载,并对桥上无砟轨道结构的几何形位进行限制。     

混凝土单箱双室磁浮轨道梁的日照温度场分布研究

日照作用下混凝土单箱双室磁浮轨道梁的温度场分布不均匀,易引起变形、开裂,影响轨道平顺性及行车安全性。基于传热学原理,结合上海夏季辐射和气温等气象资料,针对日照作用下混凝土双室箱梁的温度场分布展开有限元模拟分析,研究了不同时刻时轨道梁截面的温度分布规律,得到了箱梁在不同时刻的温度云图;提取最大竖向温差时刻腹板和最大横向温差时刻底板中线的温度值,拟合后得到横向与竖向的温度梯度曲线,与规范温度梯度对比后发现:竖向温度梯度峰值比规范值大,变化更加剧烈,且在底板附近存在反向温差,横向温度梯度峰值比规范值小,变化也更加剧烈且同样存在反向温差,双室箱梁的温度梯度模式与规范不一致。     

减振型板式无砟轨道轨道板受力分析研究

介绍减振板式无砟轨道的结构组成和计算参数,建立了梁体有限元计算模型,计算分析了列车荷载作用下减振板式无砟轨道的受力,考虑轨道板受温度梯度荷载、桥梁挠曲变形,在制造、运输和施工时对减振轨道板的受力影响,对轨道板在这些因素下的受力进行了分析,为结构设计提供计算依据.     

不同刚度的32m简支箱梁动力性能试验分析

研究目的:为研究不同刚度的高速铁路32 m简支箱梁在动车组列车作用下的工作状态,本文对6个图号的简支箱梁(优化前后的250 km/h有砟轨道、250 km/h无砟轨道、350 km/h无砟轨道)的实测梁体竖向挠跨比、自振频率及动车组作用下的动力响应数据进行分析。研究结论:(1) 32 m箱梁自振频率和挠跨比实测值大于设计值,截面优化后的竖向刚度与优化前相比均有所降低;(2)在同一型号动车组作用下,箱梁振动数值大小与梁体刚度大小呈反比;(3)设计速度250 km/h无砟轨道箱梁横向和竖向振动实测值最大,350 km/h无砟轨道箱梁刚度大于250 km/h有砟轨道箱梁但竖向动力响应数值相当,无砟轨道箱梁振动数值大于有砟轨道;(4)同一图号的32 m简支箱梁,当动车组轴重增大、桥上线路不平顺时,桥梁竖向动力响应与线路平顺状态时相比明显增大,会发生超过通常值的现象;(5)本文研究可为桥梁车桥耦合仿真计算、设计优化、运营性能评估提供参考。     

高速铁路常用跨度简支箱梁支座设置方式研究

以时速250 km客运专线(城际铁路)有砟轨道预制后张法预应力混凝土简支整孔箱梁及其配套的圆端形实体桥墩为基础,通过横向压缩0.4 m箱体及桥墩和拉伸0.6 m箱体及桥墩的方式形成支座横向间距为4.0 m和5.0 m的组合结构。以3种不同支座横向间距的梁体、支座、桥墩组合体为研究对象,分析梁体、支座、桥墩受力情况。研究表明,支座横向间距不大于5 m的简支箱梁可以设置双固定支座。设置双固定支座时,梁体、桥墩设计须考虑附加横向应力影响,支座选取须考虑附加水平力影响。     

CRTSⅢ型无砟轨道冬季温度场特性

为研究CRTSⅢ型无砟轨道温度场分布规律,在昌赣客运专线外进行足尺无砟轨道板温度场监测,基于统计学原理分析冬季轨道结构温度变化规律并提出适合CRTSⅢ型无砟轨道的竖向温度梯度预估模型.研究结果表明:CRTSⅢ型无砟轨道结构温度场受外界环境影响较大,其中轨道板顶面温度变化最为明显,沿深度方向各结构层温度峰值有明显的滞后现象;竖向温度梯度大于横向温度梯度,对结构温度影响起主导作用;日太阳辐射总量和最大温度梯度具有较好的相关性,据此建立了冬季日最大温度梯度经验回归公式,可为不同气候条件下的CRTSⅢ型无砟轨道的温度梯度研究提供参考.     

城际铁路无砟轨道PC部分斜拉桥变形及线形控制研究

铁路桥梁铺设无砟轨道,结构变形和成桥线形直接影响轨道的平顺性、列车运营安全性和舒适性,尤其大跨度桥梁结构刚度小、施工控制难度大,需深入研究。采用有限元法建立全桥模型,分析不同作用和工况下的结构变形、索对结构竖向刚度贡献、索对温度变形的抑制作用、梁体残余变形;采用车-桥耦合动力分析模型,计入索梁温差影响进行行车动力仿真分析;联合施工方开展铁路PC部分斜拉桥无砟轨道分阶段单元化、动态化线形控制施工技术研究。结果表明:桥梁竖向刚度良好,温度作用对结构变形影响显著,经梁体残余变形对比分析提出推荐施工方案,斜拉索对结构变形抑制明显;索-梁温差对车辆运行性能影响较小;按研究的施工方法,无砟轨道施工完后梁体线形与设计线形基本吻合,满足无砟轨道铺设要求。