接缝弱化后纵连板式无砟轨道温度效应研究

目前,纵连板式无砟轨道夏季高温胀板问题严重。高温产生的巨大温度应力导致轨道结构发生众多病害,其中,轨道板上拱尤为严重,已威胁高速列车的运营安全。为有效释放结构内部的温度应力,减少病害发生,通过建立设有弹性填充层的纵连板式无砟轨道计算模型,引入内聚力单元和混凝土损伤塑性本构,探讨两种节段长度及不同弹性模量下,整体温升作用时,宽窄接缝弱化对轨道结构应力、变形及损伤的影响。研究表明：(1)设置弹性填充层后,轨道板和接缝的纵向应力均得到一定程度释放,但会伴随着发生局部偏心和应力增加;(2)弹性填充层的设置会使接缝、轨道板和层间界面损伤产生的临界温升降低,结构损伤较大时,轨道板和接缝的应力释放会受到限制,并且弹性填充层附近也会产生一定上拱增量;(3)两种节段长度下,损伤和应力释放量均会随着弹性模量降低逐渐增大,因此,节段长度为4块板时,弹性填充层弹性模量选取建议高于1 775 MPa并低于3 550 MPa,节段长度为3块板时,弹性填充层弹性模量选取建议高于355 MPa并低于1 775 MPa;(4)两种节段长度下,随着弹性模量降低,轨道板和钢轨最大上拱增量逐渐增大,对于钢轨,两种节段长度下的...     

CRTSⅡ型板销钉锚固限位与受力特性分析

通过建立CRTSⅡ型板高温上拱稳定性及销钉锚固性能综合分析模型,研究销钉尺寸和数量等对下轨道板上拱位移和受力的影响,提出合理的销钉锚固布设方案。研究结果表明:植入销钉可有效控制轨道板上拱变形,并使销钉结构受到应力集中作用,锚固区轨道板局部横向受拉、纵向受压;销钉直径越大,对轨道板的位移限制能力越强,但同时增大轨道板受拉破坏的风险;销钉的布置方式对轨道板局部应力无明显影响,但抑制板上拱位移效果有所差别。为保证高温下CRTSⅡ型板的服役状态,结合现场实际温度选用4组以上的销钉较为有利。     

CRTSⅠ型板式无砟轨道抬升修复技术研究

针对路基上CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道沉降量超过26 mm而无法通过扣件系统来调整轨面高程这一养护维修技术难题,依托上海高铁维修段CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道综合维修试验段,开展了CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道抬升修复技术的研究.通过对实践不断总结,提出了轨道板抬升技术方法,并从施工流程、修复材料特性、安全性和可靠性等方面对比分析了“板下袋装灌注快硬砂浆法”和“板下树脂填充法”两种修复工艺和方法,可供CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道地段路基不均匀沉降的整治提供参考和指导.     

合福高铁CRTS Ⅱ型板式无砟轨道温度监测

CRTSⅡ型板式无砟轨道结构是由钢筋混凝土组成的多层叠加连续结构,轨道结构温度变化受气温影响较大。在合肥地区小半径曲线地段的CRTSⅡ型板式无砟轨道结构长期实时监测的基础上,对温度数据进行了统计分析,研究表明:(1)CRTSⅡ型板式无砟轨道结构中钢轨、轨道板和底座板温度的变化趋势与气温的变化趋势相同,且呈现以日为周期的不等幅值的周期性变化;(2)轨温最大值比气温高19℃左右,轨温最小值与气温近似。这与《铁路无缝线路设计规范》(TB 10015-2012)中结论接近;(3)自上到下各层轨道结构的温度变化存在相位滞后现象;(4)根据无砟轨道结构温度变化的特点,采用正弦函数拟合出高温天气下钢轨、轨道板、底座板的温度时程方程和曲线,拟合精度较高,结果较为可靠。     

路基冻胀对CRTSⅢ型板式轨道变形的影响研究

研究目的:严寒地区高速铁路路基冻胀变形时常出现,局部冻胀变形不仅影响无砟轨道的平顺性,还可能导致层间离缝发生。为此,本文建立CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基系统有限元模型,以分析不同路基冻胀波长和路基冻胀幅值下轨道结构的变形特征。研究结论:(1)路基冻胀作用下轨道结构各层的上拱变形与路基冻胀波形基本一致,轨道结构各层的变形受路基冻胀位置影响较大;(2)轨道结构各层的变形、轨道结构层间离缝以及轨道结构各层的上拱波长均随路基冻胀幅值的增大而增大,且底座板与路基表层的离缝远大于自密实混凝土与底座板间的离缝;(3)随着冻胀波长的增加,轨道结构各层的位移、轨道结构层间离缝随之减小,但轨道结构各层的上拱波长逐渐增大;(4)冻胀波长增大对轨道结构变形和减小层间离缝有利,路基冻胀幅值限值应根据冻胀波长来确定;(5)本研究成果可为路基冻胀变形控制提供参考。     

CRTSI型无砟轨道CA砂浆离缝处理材料研究

研究目的:分析高速铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道CA砂浆离缝产生的原因,研究修补材料在CRTSⅠ型无砟轨道CA砂浆离缝的处理时的适应性,提出离缝修补填充材料的基本技术要求,并从施工性、填充适应性和耐久性等方面对环氧树脂与高性能改性树脂材料进行对比研究。通过对比试验研究,最终优选出更具施工性、填充适应性和耐久性的CA砂浆离缝修补填充材料。研究结论:(1)通过施工性与填充适应性的比较分析显示,RX-SI适用于实际CRTSⅠ型CA砂浆离缝施工处理,施工工艺简单可行;(2)通过耐久性研究结果显示,RX-SI的弹性模量和CA砂浆的弹性模量完全匹配,RX-SI可确保维修处理的无砟轨道板整体结构安全耐久性;(3)该研究成果专门针对CRTSⅠ型无砟轨道CA砂浆离缝,可以在CRTSⅠ型无砟轨道CA砂浆离缝的修补上推广运用。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道植筋修复方案优化研究

服役于自然环境下的纵连无砟轨道对温度荷载具有较强敏感性,在夏季高温作用下易产生轨道板上拱与层间相对变形等病害,严重影响列车运行安全。对服役状态下CRTSⅡ型板式无砟轨道进行植筋加固是现阶段控制轨道病害的主要措施。为研究植筋锚固方案的可行性,试验分析植筋后轨道板与砂浆层之间粘结性能变化规律。基于试验,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道植筋锚固修复有限元模型,确定了最优的植筋数目和植筋位置。结果表明：轨道板植筋数量超过8根时,对抑制轨道板高温上拱变形的效果无明显差异;建议工务部门在植筋修复后,进一步关注植筋孔与接缝等位置处的开裂与破坏。     

路基区段双块式无砟轨道基础上拱整治技术对策

针对路基区段双块式无砟轨道基础上拱问题,通过典型基础上拱工点调研、有限元计算分析、工程实践应用,对高速铁路路基区段双块式无砟轨道基础上拱整治技术进行研究。研究结果表明:路基区段双块式无砟轨道基础上拱病害可以通过切割承轨台、切割支承层及暗挖基床技术进行整治;切割承轨台整治措施工程量小,但调整量也较小,适用于局部上拱且需应急整治的工况;支承层减薄会使得列车荷载下的结构应力集中明显,垂向压应力增加,且调整量有限,适用于变形稳定的上拱区段整治;暗挖基床整治措施工艺较为成熟,可多次作业,能根本上消除填料膨胀上拱,特别适用于基床及路基填土部分膨胀引起上拱的工点。形成的技术措施及经验可为不同线下基础高速铁路无砟轨道基础上拱整治提供借鉴。     

温升荷载下宽窄接缝伤损对轨道板垂向稳定性的影响研究

宽窄接缝伤损是温升作用下CRTSⅡ型板式轨道(以下简称"Ⅱ型板")垂向失稳的主要原因之一,通过建立带宽窄接缝伤损的Ⅱ型板式轨道垂向稳定性分析模型,分析宽窄接缝弹性模量差异,窄接缝破损和宽、窄接缝交界面损伤等对温升荷载下轨道板垂向稳定性的影响。研究表明:温升荷载作用下,窄接缝弹性模量降低比宽窄接缝弹性模量整体降低对轨道板的垂向稳定性影响更为显著,施工时应保证宽窄接缝材料均匀,实现一致的弹性模量;窄接缝破损后,轨道板将出现带尖角的上拱波形,且窄接缝的损伤程度越高,轨道板上拱位移越大,结构越易发生破坏;宽、窄接缝交界面损伤对轨道板的垂向稳定性影响较小。     

弱纵连下CRTS Ⅱ型板式无砟轨道解锁温度研究

在弱纵连施工过程中,为了避免轨道板凿除宽窄接缝后在解锁位置发生较大的位移变形,有必要明确不同解锁条件、不同解锁温度下轨道结构的受力变形特征,指导现场施工。基于梁轨相互作用原理和有限元法,建立无砟轨道-多跨简支梁桥精细化模型,利用有限元软件中“生死单元”的功能分步骤解锁轨道板,研究桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道在不同解锁工况下轨道结构受力变形规律,据此分析得出合理解锁条件及解锁温度,并对应仿真计算中板端植筋工况,在预加固植筋地段进行了现场解锁实验。研究结果表明：不松开钢轨扣件,解锁板温在初始施工锁定板温±5℃范围内,可以直接解锁宽窄接缝;解锁板温在初始锁定板温±5℃之外,轨道板纵向位移不满足规范限值要求,需严格控制解锁温度;松开扣件解锁轨道板,轨道结构整体受力变形增大,轨道板纵向位移超过规范允许限值,建议解锁时不松开钢轨扣件;板端植筋有利于减小解锁后结构的受力变形,但轨道板纵向应力除外,板端植筋可作为解锁时的预防性手段。现场试验表明,解锁时轨道板板端植筋,宽窄接缝位置处轨道板间相对位移几乎不发生变化。研究成果对于CRTS Ⅱ型板式无砟轨道高温胀板病害提出了一种新的解决思路—弱纵连CRTS...     

反射隔热涂料对CRTSⅠ型板式无砟轨道应力应变状态的影响

为分析反射隔热涂料对无砟轨道温度场的影响,对现场铺设的CRTSⅡ型轨道板进行长期温度监测。通过试验数据分析,确定CRTSⅡ型轨道板的最大正温度梯度,利用热传导解析式可推算不同厚度轨道板的温度梯度修正系数。以CRTSⅠ型板式无砟轨道为例,建立实体有限元模型,分析反射隔热涂料对轨道板翘曲、树脂填充层受力和变形的影响。结果表明:涂刷反射隔热涂料能够在一定程度上减小太阳辐射对轨道板温度梯度和日温度变化的影响,有效控制轨道板的翘曲、树脂填充层的受力和变形,轨道板最大翘曲应力降低25%,板中最大上拱量减小56%,板角最大下沉量减少25%,树脂填充层所受最大压应力和最大压缩变形分别减少33.6%,33.3%。     

沪昆客运专线长(沙)玉(屏)段CRTSⅡ型板式无砟轨道端刺设计方案的研究

沪昆客运专线长(沙)玉(屏)段正线铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道,沿线桥梁、隧道较多,桥隧间路基太短的情况较为普遍,相比其他铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道的客运专线,该线特殊情况较多,需对桥后端刺设置方案进行研究。针对沪昆客运专线长玉段轨下基础较为复杂的特点,结合其他线路CRTSⅡ型板式无砟轨道端刺设计的经验,提出不同桥后轨道下部基础条件下的端刺设置方案。通过研究得出:对于桥后路基段较长的情况,采用摩擦板+标准端刺的设计方案,摩擦板的长度及宽度根据线路的条件及桥梁的长度确定;对于桥隧间路基较短无法在路基上设置端刺以及桥隧相连的情况,采取在隧道内设置端刺的方案。     

施工过程中CRTS Ⅱ型轨道板竖向上拱变形研究

研究目的:CRTSⅡ型板式无砟轨道施工过程中,轨道板窄缝浇筑后纵连前,轨道板处于一种偏心受压状态,在温度荷载作用下轨道板容易产生上拱变形现象。本文利用ANSYS软件,建立温度荷载作用下CRTSⅡ型轨道板上拱变形有限元力学分析模型。通过对轨道板上拱变形过程模拟,分析其上拱变形的基本规律,以及砂浆层粘结强度、板边离缝深度和轨道板温度梯度对轨道板竖向上拱临界温升幅度的影响。研究结论:(1)轨道板上拱变形从板端约第一扣件处逐渐向板中蔓延,当达到某一临界温升幅度ΔT时,将导致轨道板与砂浆层的粘结失效而分离;(2)轨道板上拱临界温升幅度随着粘接强度增大而增大,增大轨道板与砂浆层的粘结强度,不仅可以抑制和延缓轨道板上拱的发生,同时可减小板边上拱程度;(3)施工过程中,采取措施减少轨道板与砂浆层的离缝面积,有利于提高轨道板上拱的临界温升幅度;(4)温度梯度的作用会加速轨道板上拱变形;(5)不同温度状态下的轨道板上拱变形现象,可反映出轨道板与砂浆层之间的不同粘结状态;(6)该研究成果对于完善CRTSⅡ型板式轨道的施工技术具有指导意义。     

拱墩降温对大跨桥上连续式无砟轨道竖向位移影响分析

受季节和日照的影响,高墩大跨拱桥混凝土结构会出现膨胀现象,从而引起桥墩顶部竖向位移的变化。为了研究拱墩降温对高墩大跨拱桥上连续式无砟轨道竖向位移和高低不平顺的影响,根据桥上连续式无砟轨道的结构和受力特征,参考国内某大跨度上承式钢筋混凝土拱桥的实际参数,利用有限元方法,建立线-桥-墩一体化模型,分析拱墩降温对大跨拱桥上连续式无砟轨道的竖向位移和高低不平顺的影响。结果表明:拱墩降温引起的大跨桥上线路竖向位移较明显,设计时不可忽略;拱墩降温会引起线路高低不平顺,且对长波不平顺影响最严重;线路高低不平顺随降温幅度增加而增大,在年温差较大的地区目前不建议高墩大跨拱桥与连续式无砟轨道配合设计使用。     

柔性材料在CRTSⅡ型轨道板上拱整治中的应用

为了改善宽窄接缝服役性能和减小轨道板上拱位移,借鉴中间固定、两端伸缩的设计理念,创新性地提出了采用柔性材料填充宽窄接缝的整治方案.利用有限元理论,计算分析了宽窄接缝采用不同弹性模量的柔性材料填充后轨道结构的受力情况和变形特征.结果表明:采用柔性材料填充宽窄接缝,可有效释放轨道板内部温度力;随着柔性填充材料弹性模量的降低...     

高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道预防性加固方案及应用

为了加强高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道在持续高温条件下的结构稳定性,降低轨道板上拱风险,提出了轨道板植筋锚固预防性加固方案.建立有限元模型,计算温度荷载作用下轨道结构及销钉的受力情况和轨道板的竖向位移,分析了方案的可行性;将该方案应用于实际线路,监测表征轨道结构总体稳定性的关键参数,现场验证了预防性加固方案的实施效果...     

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。     

高速铁路无砟轨道路基上拱变形整治研究

研究目的:随着国内高速铁路飞速发展,高速铁路网覆盖范围越来越大,遇到的地质条件趋于多样化与复杂化,运营过程中病害类型较多,其中无砟轨道路基上拱变形问题在近年陆续显现,严重影响轨道的平顺性与行车安全,因此有必要深入研究其上拱变形的机理和整治方案,以确保高铁高速运行的安全。研究结论:(1)高速铁路路基填料应特别警惕硫铁矿伴生的硫酸钙盐矿物含量,其与水结合吸收结晶水发生水化反应形成二水硫酸钙,导致体积竖向膨胀上拱2.68%～6%,具有遇水膨胀但失水不收缩的特性;(2)上拱变形规律是冬春季细雨低温下填料含水量不断上升导致上拱膨胀量持续增大;夏秋季升温蒸发后失水,含水量减小,膨胀上拱趋势减弱;大气降水影响填料膨胀变形的深度在1～2.3 m;(3)轨道板下膨胀填料单元整体受力处于非刚性有限约束,基床表层及基床底层的折减经验系数宜分别按0.45与0.55取值;(4)在不同的限制条件下宜采用不同的整治方案,开通前或有单线封锁条件的情况下可采用揭板明挖法,在限速运行及天窗条件下宜采用暗挖置换方案;(5)本文所述各方案整治效果明显,整治经验可为今后类似工程提供借鉴与参考。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道制动力影响因素分析

研究目的:桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路梁-板-轨及层间相互作用机理比较复杂,为研究各轨道及桥梁结构的制动力传递规律及其影响因素,基于有限元法和梁-板-轨相互作用原理,建立多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上无砟轨道无缝线路空间耦合模型,计算列车制动荷载作用下各轨道及桥梁结构的纵向力与位移,并分析多种因素对制动力传递规律的影响。研究结论:(1)制动荷载作用下的轨道结构纵向力由拉力逐渐变为压力,纵向位移呈现先增后减的趋势;(2)需根据不同的检算部件选取最不利的荷载工况;(3)在检算时需考虑轨道板/底座板刚度的折减,且必须保证其施工质量;(4)采用小阻力扣件时轨板快速相对位移的剧增易带动轨下胶垫滑出;(5)固结机构、桥墩/台采用较大纵向刚度,并保持滑动层的良好滑动性能有利于各轨道及桥梁结构的受力与变形;(6)该研究成果可为桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路的设计、施工及运营维护提供参考。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道路基段支承层伤损整治技术探讨

通过对京沪高铁上行K1293+670处高温期间发生轨道板离缝上拱、支承层伤损病害的调查与分析,会同中国铁路科学研究院制定整治方案并组织实施,根据施工组织过程实践及整治效果,总结施工方法、流程和关键技术环节,确保CRTSⅡ型板式无砟轨道路基段支承层伤损处所恢复线路原始标准结构状态。