路基上双块式无砟轨道道床板空间力学特性研究

研究不同荷载作用下,高速铁路路基上双块式无砟轨道道床板空间力学特性。钢轨及道床板中钢筋用梁单元模拟,道床板、双块式轨枕、支承层以实体单元模拟,钢轨与道床板、道床板混凝土与钢筋、支承层与路基之间的连接用弹簧单元模拟,建立了可考虑混凝土开裂的路基上双块式无砟轨道三维有限元力学模型,分析了自重荷载、列车垂向荷载、不沉匀沉降荷载、温度梯度荷载作用下道床板的空间力学特性。结果表明:温度梯度荷载对混凝土纵、横向拉应力的影响最为显著;在列车荷载、不均匀沉降及温度梯度荷载作用下,钢筋纵向拉应力均超过了20 MPa;不同荷载作用下,支承层厚度、支承层弹性模量、道床板厚度等参数变化对混凝土和钢筋力学特性的影响不同;混凝土和钢筋纵向拉应力随着道床板裂缝间距的增加而增大。     

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。     

高速铁路路基上双块式无砟轨道道床板混凝土裂纹综合防治技术

在分析比较双块式无砟轨道纵连道床板优缺点的基础上,提出从根本上解决路基地段双块式无砟轨道道床板开裂问题的途径是设计采用单元结构的双块式无砟轨道。在此基础上,提出了可以采用钢筋混凝土结构底座板和水硬性支承层2个具体的设计方案。另外,提出了混凝土水灰比、入模温度等施工控制工艺及养护控制措施。     

列车荷载在双块式无砟轨道中静态传递特征研究

为研究列车荷载在双块式无砟轨道中的传递规律,建立列车荷载静态传递规律精细化分析模型,分析荷载在双块式无砟轨道中的传递路径、范围及影响因素.研究结果表明:荷载在双块式无砟轨道中的传递分为上下2部分,道床板内为荷载扩展区,扩散角为20°左右,支承层内为荷载均化区,荷载分布已较为均匀;荷载传递范围及量值均随动力系数的增加而显著增大;混凝土强度等级增加,荷载扩展区承载范围减小;下部基础为桥梁或隧道时,荷载均化区分布范围更为集中,可以适当提高支承层内混凝土强度、优化宽度来提高轨道结构合理性和经济性.     

高速铁路双块式无砟轨道路基地段结构设计与施工技术研究

为了提高双块式无砟轨道的设计和施工质量,首先对路基地段双块式无砟轨道道床板和支承层的功能定位进行分析,提出连续道床板和分块道床板两种结构设计方案的主要特点和设计要点,并对两种设计方案进行结构受力和配筋计算。然后从抗压强度、结构耐久性、疲劳强度、裂缝控制等要求研究道床板混凝土的强度等级,提出道床板混凝土强度采用C40是足够的,且强度不宜太高。最后结合目前双块式无砟轨道施工和运营经验,提出道床板和支承层在施工过程中应注意的一些问题。     

大单元双块式无砟轨道温度特性分析

为了解决兰新线大温差环境下轨道结构的受力问题,本文研究了吐鲁番试验段大单元双块式无砟轨道温度特性,建立了相关力学模型,并根据该试验段上19.5 m大单元双块式无砟轨道观测数据,计算了支撑层与基床表层开裂情况下道床板和支撑层的伸缩区、固定区与板端伸缩量,计算了正负温度梯度对单元道床板板端的影响和整体降温时混凝土裂缝的发展规律.研究结果表明,大单元双块式无砟轨道上假缝的设置可有效地引导裂缝发展,降低道床板内的温度应力.因此,在大温差地区采用该种结构既可以保证轨道结构的稳定性,又可以降低温度荷载对轨道结构的影响.     

单元双块式无砟轨道土工布设置研究

兰新(兰州—新疆)铁路第二双线路基段拟采用单元双块式无砟轨道,单元道床板直接浇筑在纵向连续的支承层上时,二者层间良好的粘结制约了道床板温度应力的释放,也给支承层自身带来了较大的附加应力,易引起结构产生裂缝,并破坏结构整体的稳定性。在对试验段长期观测的基础上对结构铺设土工布前后的力学性能进行分析,结合试验段推板试验,给出单元双块式无砟轨道土工布设置意见:道床板与支承层之间需要设置土工布,板中设置销钉/钢管桩时,土工布为道床板与支承层间提供的摩擦因数不能小于0.6,若支承层设置纵向锯齿槽,土工布可以选用一般材料。     

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。     

高原大风地区双块式无砟轨道伤损现状及主要特征

以兰新高速铁路作为研究对象,总结出高原大风地区双块式无砟轨道伤损类型主要为道床板裂缝、轨枕离缝、道床板上拱、支承层混凝土粉化和聚氨酯嵌缝材料伤损,分析其伤损特点及形成原因。同时,对聚氨酯嵌缝材料离缝和无砟轨道道床板裂缝进行了跟踪观测,结果表明,聚氨酯嵌缝材料离缝病害仍在发展,而桥梁段、路基段和隧道段无砟轨道道床板裂缝病害已趋于稳定。     

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。     

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。     

CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究

基于列车—轨道耦合动力学理论,考虑无砟轨道各部件间及无砟轨道与路基间接触状态非线性,建立列车—板式无砟轨道—路基三维非线性有限元耦合动力学模型,进行自重荷载、轨道中长波随机不平顺、轨道短波随机不平顺、路基不均匀沉降荷载、无砟轨道板温度梯度荷载共同作用下,高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基不均匀沉降限值研究。结果表明:无砟轨道板温度梯度荷载对无砟轨道各部件受力均有较明显的影响,因此在进行无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究时有必要同时考虑无砟轨道板温度梯度荷载的影响;路基上CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路的路基不均匀沉降限值由底座板疲劳破坏控制,路基不均匀沉降幅值达到7mm时无砟轨道底座板的最大拉力达到疲劳破坏限值1.674MPa,因此建议高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基的不均匀沉降限值为7mm/20m。     

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。     

CRTS-I型板式无砟轨道疲劳寿命研究

为研究无砟轨道在列车荷载和环境温度共同作用下的疲劳特性,以CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道为研究对象,建立弹性地基梁-体模型,计算出列车荷载和温度梯度作用下轨道结构的垂向最大应力,并结合普通混凝土结构S-N曲线的疲劳寿命分析方程和CA砂浆在不同温度时的疲劳方程,预测了CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道各结构层在规定服役年限内的疲劳寿命。计算表明,对于有限的作用次数,CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道各结构层受到的最大应力均未超过相应的混凝土强度值。根据各结构层最大应力预测出的相应疲劳寿命表明,CA砂浆在25~30年后将出现疲劳损伤,而在规定年限60年内,CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道其他结构层不会出现疲劳损伤,能达到客运专线服役期内的要求。     

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。     

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。     

双块式无碴轨道高速列车脱轨控制分析

针对双块式无碴轨道结构特点，提出一种新的双块式无碴轨道空间振动分析模型，进一步建立高速列车一双块式无碴轨道系统空间振动分析方法。然后，基于列车脱轨能量随机分析理论，对高速列车-双块式无碴轨道系统横向振动稳定性及高速列车是否脱轨进行了评判。计算结果表明：高速列车以300km／h速度在双块式无碴轨道上运行时，车轨系统横向振动是稳定的，列车不会脱轨，且具有n=2．143的抗脱轨安全系数。     

地面沉降对路基上单元板式无砟轨道平顺性的影响分析

为揭示地面沉降对路基上单元板式无砟轨道平顺性的影响规律,通过建立路基上板式无砟轨道-路基有限元实体模型,充分考虑无砟轨道和路基的特性及其之间的接触方式,改变轨道结构层厚度和粘结方式,以此来进行地面沉降幅值、轨道结构层厚度和结构层间离缝对轨道不平顺的影响的研究。结果表明:地面发生沉降时,无砟轨道会发生跟随性的沉降,从上到下各层沉降值依次增大,且地面沉降幅值越大,轨道不平顺越明显;轨道结构层厚度越大,地面沉降对轨道平顺性的影响越小;轨道结构层间离缝对轨道平顺性有很大影响,尤其是无砟轨道与道床之间出现离缝时。     

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。