高速铁路主跨320 m钢-混部分斜拉桥无砟轨道适应性研究

南玉高铁六景郁江特大桥设计将钢-混部分斜拉桥结构引入时速350 km高速铁路领域,而300 m级以上大跨度桥上无砟轨道的竖向变形极易超限,影响列车通过的安全性和舒适性,因此,系统研究在此大跨桥梁结构上铺设无砟轨道的适应性十分必要。通过建立有限元及动力学模型,分析不同组合工况下无砟轨道结构的变形特点及动力特性,运用60 m弦测法探究各工况下无砟轨道的线形变化规律,从而确定大跨度钢-混部分斜拉桥铺设无砟轨道的适应性,并对设计和施工提出合理化建议。主要结论如下：在各种不利组合荷载作用下,桥上无砟轨道结构强度满足规范要求,列车通过大桥的各项安全性与舒适性指标均满足规范要求;混凝土收缩徐变和斜拉索升降温是影响无砟轨道线形标准的两大主因,应在无砟轨道施工前确保足够的沉降观测期和收缩徐变释放期,并充分考虑拉索的保温设计;在温度组合荷载作用下,桥上无砟轨道的60 m弦测不平顺幅值为6.79 mm,满足高速铁路静态验收标准;但在叠加列车荷载和收缩徐变后,变形弦测值均出现Ⅱ级及以上超限,通过合理设置预拱度后可有效改善轨道平顺性标准。     

齿轨铁路齿轨系统及轨下基础研究

齿轨铁路采用齿条与齿轮相啮合的方法,以提高线路的爬坡能力。齿轨铁路轨道由齿轨系统、钢轨、轨枕、道床等组成,适用于以旅游观光为主的大坡度山区。具有爬坡能力强、占地面积小、建设对环境破坏小等优点,已在国外得到大量使用,我国在多个旅游地也规划了齿轨铁路。系统研究齿轨系统的种类、轮轨-齿轨过渡装置、齿轨轨下结构,研究表明:在齿轨系统选择时,应综合考虑轨道下部基础、线路建设环境、施工难易程度等因素;过渡装置以三段缓冲入齿装置为最优;由于齿轨轨枕受力的特殊性,使得钢枕适用于齿轨铁路,对钢枕结构优化可延缓道砟劣化,提高道床稳定性,减少养护维修费用。     

道床板钢筋锈蚀的细观力学影响

为探究钢筋锈蚀对双块式无砟轨道道床板混凝土的影响，建立了道床板混凝土细观尺度力学模型，研究了钢筋锈蚀时不同钢筋直径、间距、保护层厚度的道床板受力性能及损伤破坏模式，分析了列车荷载和温度荷载对锈胀钢筋混凝土道床板力学性能的影响. 研究结果表明:钢筋锈蚀引起的道床板开裂模式主要与钢筋保护层厚度有关，与钢筋直径和间距关系小；道床板内部裂缝贯通时的锈胀位移随着钢筋间距的增大而增大，当保护层厚度为60 mm，钢筋间距为120 mm时，61.2 μm的钢筋锈胀位移就会引起道床板内部裂缝贯通；列车荷载对锈蚀后的道床板损伤影响小，且会使道床板受力趋于均匀；整体降温30 ℃和负温度梯度荷载均会使锈胀道床板拉伸损伤进一步明显增大，在道床板水平及垂向产生贯通裂缝；整体升温30 ℃和正温度梯度荷载作用对锈胀道床板损伤影响小.      

无砟轨道层间裂纹内动水压力特性分析

在雨水丰富和排水不畅的地区,水对无砟轨道层间裂纹扩展的影响比较突出.为研究高速列车作用下无砟轨道裂纹内水压力的分布规律及压力大小的影响因素,基于质量守恒和动量定理,采用控制体积法,导出了裂纹内动水压力分布解析式.应用有限元分析软件ANSYS和CFX,分析了荷载频率、荷载幅值、裂纹深度、裂纹开口量等对动水压力的影响.分析结果表明:沿着裂纹出口的方向,水压力呈减小趋势,其最大值发生在裂纹尖端处;动水压力与荷载频率近似呈二次方关系,与荷载幅值呈线性关系,与裂纹开口量呈一次反比关系.在幅值为10 kN、频率为5 Hz荷载作用下,水压力分布的试验测试结果与理论分析基本一致,两种方法获得的水压力峰值分别为0.177、0.161 kPa.