市域快线钢弹簧浮置板静载强度试验研究

城市轨道交通以其巨大的社会效益和经济效益在国内得到了迅速发展。同时,它还面临着一些亟待解决的关键技术,如列车提速、列车诱发振动对轨道结构和周围环境的影响等。因此,钢弹簧浮置板受到广泛关注。基于此,设计一种适用于时速160 km市域快线的新型钢弹簧浮置板轨道,通过在实验室开展足尺模型静载试验,研究2倍列车轴重荷载作用下新型钢弹簧浮置板轨道的静载强度和承载能力,包括钢轨和浮置板的变形,浮置板应力及裂缝发展规律。研究结果表明：1)钢轨相对垂向位移随静载增加呈非线性增长,浮置板垂向位移随静载增加呈线性增长,且在650 kN之后增长速率有所提升,双倍轴重750 kN荷载作用下分配梁处钢轨最大相对位移为1.524 mm,浮置板板中最大位移为1.135 mm;2)浮置板受力以纵向应力为主,应力随静载增加呈线性增长,650 kN后,应力变化加剧,达到750 kN时,板边底面纵向拉应力为5.33 MPa,超过C50混凝土轴心抗拉强度;3)荷载达到750 kN时,浮置板跨中底面产生裂缝,最大裂缝宽度为0.14 mm,荷载达到1 100 kN时,最大裂缝宽度为0.28 mm。研究结果表明,新型高速钢弹簧浮置...     

北京地下直径线橡胶浮置板道床力学分析

对北京地下直径线隧道内连续式橡胶浮置板的力学特性进行研究,提出时速100 km国铁橡胶浮置板钢轨位移限值,进行浮置板道床的位移检算、结构配筋及锚固设计。根据连续式橡胶浮置板的传力特点,建立橡胶浮置板计算模型。考虑在列车荷载作用下道床板结构的弯矩、道床板所承受的由刹车和启动荷载引起的纵向力、因混凝土收缩及温度变化引起的道床板纵向力等。对连续式橡胶浮置板的力学特性进行计算分析,确定橡胶浮置板钢轨位移限值,检算轨道结构的竖向位移,并对浮置板道床进行了结构配筋及锚固设计。计算结果表明:(1)时速100 km国铁浮置板道床钢轨垂向变形限值可按4 mm取值;(2)本线采用的橡胶浮置板道床结构可以满足竖向位移限值的要求;(3)考虑垂向及纵向力的共同影响,连续式橡胶浮置板配筋量较大,配筋率约为1.28%;(4)为限制浮置板道床的纵向位移,需进行锚固连接,道床板锚固长度约为19 m。     

装配式钢-混凝土组合梁预制混凝土板湿接缝受力性能研究

为探究适用于装配式钢-混凝土组合梁预制混凝土板湿接缝的连接性能,设计制备了3个足尺组合梁预制混凝土板湿接缝连接模型试件,采用试验和理论方法研究了预制混凝土板湿接缝连接构造和混凝土强度对连接件抗剪承载力的影响.研究结果表明:采用C50微膨胀混凝土作为后浇带的试件极限承载力是整体式桥面板试件的88％,采用超高性能混凝土(U...     

铁路先简支后连续梁疲劳性能与抗裂性能试验研究

研究带有湿接缝的先简支后连续梁桥结构的疲劳性能和抗裂性能,对3条模型梁的疲劳试验和抗裂试验进行了研究。介绍了铁路预应力混凝土先简支后连续梁模型梁的设计和试验方法,根据3条模型梁疲劳试验结果,分析了在正常使用状态下结构刚度、各典型截面特别是湿接缝段混凝土、普通钢筋和预应力钢筋应变随疲劳加栽次数的变化规律,指出重复加裁明显降低了梁体刚度,并使梁体混凝土、普通钢筋和预应力钢筋应变增大。根据开裂试验结果,分析了重复加载对各关键断面特别是湿接缝断面抗裂性的影响,得出重复荷载降低了湿接缝的抗裂强度,而对跨中截面和中支点截面抗裂强度无明显影响。给出了关于铁路预应力混凝土先简支后连续梁疲劳性能和湿接缝抗裂性的一些结论和建议。     

疲劳荷载后重载铁路桥梁剩余静载承载力试验研究

基于应变和振幅的疲劳试验实时测试系统,通过10片1/6缩尺模型梁疲劳试验,研究重载铁路桥梁疲劳后静载破坏形态以及振幅、刚度、非预应力筋和预应力筋应变、混凝土应变随反复荷载次数的变化规律。研究表明:重载铁路32m预应力混凝土梁疲劳后剩余静载承载力演变呈现"Z"字形三折线的3个阶段,即基本不变阶段、直线下降阶段和压弯失稳破坏阶段。第一阶段,疲劳后试件静载破坏形态与普通静载破坏形态相同,试件静载承载力基本保持不变;第二阶段,试件静载承载力直线下降,直至压弯失稳破坏,最终梁的剩余静载承载力降至原有承载力的50%~60%,主要由预应力筋提供。与普通静载破坏试验相比,疲劳后静载破坏试验不同的地方主要表现在混凝土、梁底普通钢筋和预应力筋等材料的应力-应变本构关系上,受压区混凝土残余应变不断增加,变形模量降低了20%~30%,普通钢筋和预应力筋残余应变也明显增加,但弹性模量和屈服强度(预应力筋极限强度)基本不变。     

基于美标的铁路宽轨距轨枕结构设计与计算

研究目的:基于美国相关规范研究1 667 mm宽轨距轨枕的结构设计,根据基本参数和规定,确定轨枕外形设计原则,基于美国AREMA计算方法计算分析轨枕荷载弯矩,根据外形尺寸和配筋,计算分析轨下及枕中截面承载力弯矩及静载试验值等,为轨枕试验提供依据,确定满足美标要求的宽轨距轨枕的基本设计方法。研究结论:(1)设计的宽轨距轨枕其外形尺寸及钢筋用量满足轨枕供货技术要求;(2)根据美标计算方法,确定了设计的轨枕的承载力弯矩和试验荷载值;(3)计算结果表明,轨枕承载力弯矩大于荷载弯矩;(4)轨枕静载试验及疲劳试验表明,轨枕符合正负弯矩试验的要求和抗疲劳要求;(5)计算与试验表明,设计的宽轨距轨枕满足美标的要求和阿根廷铁路项目使用要求。     

GFRP—钢混合配筋混凝土板的耐久性及抗弯性能研究

为了研究GFRP筋—钢筋混合配筋混凝土板的耐久性及抗弯性能,以混凝土碳化深度到达钢筋表面为标志,结合钢筋表面去钝化时间最小均值计算公式,对比分析6组不同配筋布置的GFRP筋—钢筋混合配筋混凝土板的耐久性。推导GFRP筋—钢筋混合配筋混凝土板适筋破坏的正截面受弯承载力计算公式,利用推导的受弯承载力计算公式对7组具有相同整体配筋率、不同GFRP筋与钢筋面积比的混合配筋板的抗弯承载力进行计算。研究结果表明:GFRP筋与钢筋合理混合布置,可较大程度地提高混凝土结构的耐久性和抗弯承载力。将钢筋布置于远离迎风面、角区的中间位置时,构件耐久寿命比传统的截面单一钢筋配筋方式延长1.19倍,耐久性达到最佳效果;随GFRP筋与钢筋面积比的增加,构件抗弯承载力提高的百分比最大可达到52.7%,且抗弯承载力随面积比的增加而增大。     

高性能湿接装配式长型浮置板静动力性能研究

研究目的:综合现浇长板和预制短板两种浮置板轨道的优点,提出一种通过高性能混凝土湿接缝将预制短板连接成长板的浮置板设计方案.通过对该方案和对比方案的车轨耦合动力计算及对其不利状态下的静动力分析,从多方面验证该方案的可行性和优越性,并为其设计及应用提供依据. 研究结论:(1)长板正弯矩相比短板有所增大,湿接缝位置相对于其他...     

超高性能混凝土预制板现浇湿接缝抗弯性能试验研究

为明确接缝及接缝内纵筋不同构造对超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)预制板现浇湿接缝受弯性能的影响,以接缝设置及接缝内纵向钢筋连接方式为试验参数,对5块UHPC预制板试件的抗弯性能进行试验研究,获得UHPC板全过程的受力变形行为,推导了无缝和带接缝UHPC桥面板抗弯承载力的统一计算公式。研究结果表明：接缝试件的破坏形态均为接缝截面受拉钢筋屈服后受压区UHPC压碎的正截面破坏。与纵筋连续的无缝整浇试件相比,接缝内纵筋采用直筋连续、直筋搭接、水平环形搭接和垂直环形搭接接缝试件的开裂荷载分别减少了54.6%,52.0%,51.0%和54.6%;屈服荷载分别减少了34.4%,35.7%,34.5%和33.3%;峰值荷载分别减少了29.7%,29.6%,34.7%和29.5%;延性分别提高了17.6%,2.9%,8.8%和5.9%。接缝试件的抗裂性能和抗弯性能是由接缝截面的性能所控制。当现浇接缝段内纵筋直筋部分的搭接长度满足规范要求时,接缝段内纵筋的不同构造形式对试件的抗弯性能影响较小,实际工程中,可采用较为简便的直筋搭接方式。提出了无缝和带...     

螺栓对高轴压盾构管片接头抗弯性能影响研究

在大埋深、高水压等特殊条件下进行盾构隧道管片结构设计时,具有复杂接缝面的管片接头形式得到广泛运用,为具体探究其抗弯性能以及螺栓的作用,采用有限元软件Abaqus,结合具体工程实例,建立大直径盾构隧道管片接头三维非连续接触模型,针对高轴压作用下管片接头的变形特征、抗弯性能和承载能力进行对比分析。计算结果表明:(1)对于大直径盾构隧道管片接头结构,有无螺栓工况之间极限承载弯矩的差值随着轴力的增大而逐渐减小。结构体系失稳前同一弯矩下有无螺栓工况之间的张开量差值随着轴压的减小而逐渐增大;(2)高轴压作用下管片接头接缝面混凝土压溃破坏时螺栓尚未进入屈服阶段,且随着轴力的增加,有无螺栓工况下接头抗弯刚度的相对数值差异显著减小;(3)较之有无螺栓工况,对于高轴压盾构管片接头变形特征和抗弯刚度的影响而言,两种不同等级螺栓的区别不大。总体来说,随着轴压的增加,螺栓对于管片接头的变形控制和抗弯性能提升的贡献逐渐减小。     

基于欧标的埋入式无砟轨枕结构设计方法研究

研究目的:欧洲标准是国际铁路市场采用的主要铁路设计标准之一,掌握欧洲标准的设计理论和计算方法是实施海外铁路项目的必要条件。本文以1 676 mm宽轨距埋入式无砟轨枕为例,研究基于欧洲标准的无砟轨枕设计方法,推导轨枕荷载弯矩、混凝土预应力损失的计算过程,分析轨枕结构承载能力及静载、动载和疲劳试验荷载计算方法,通过设计案例再现采用欧洲标准指导宽轨距无砟轨枕设计方法。研究结论:(1)欧洲标准就枕上垂直动压力考虑因素较多,以扣件弹性衰减系数、速度系数、纵向荷载分配系数和支承缺陷引起的纵向荷载分配影响系数在计算公式中体现;(2)轨枕混凝土预应力损失包括锚具变形引起的预应力损失、放张前预应力钢筋松弛损失、钢筋放张时混凝土弹性变形产生的损失和时变损失,时变损失的计算方法反映了环境条件、轨枕尺寸、混凝土品类和加载龄期对时变损失的影响;(3)轨枕混凝土承载能力检算应考虑施工荷载引起的枕中截面正弯矩和轨下截面负弯矩;(4)本研究成果可应用于海外铁路轨道工程设计。     

新型钢丝网架混凝土夹心组合墙轴压力学性能研究

钢丝网架混凝土夹心墙(ISCW)是一种新型保温结构一体化墙体结构，具有良好的工程应用和推广价值。为研究ISCW结构的轴压受力性能，对其开展了数值仿真分析与试验加载测试，对比二者分析结果，破坏模式与荷载-位移曲线均具有较好的一致性。在此基础上开展变参数有限元仿真分析，研究混凝土板厚、混凝土强度、钢丝间距、钢丝直径对ISCW受压承载力的影响，结果表明：轴心受压承载力随混凝土强度、钢丝直径及混凝土板厚的增大而增大，随钢丝间距的增大而减小。最终，依据本文所开展的试验和有限元分析结果，结合现有相关技术规范提出了ISCW轴心受压承载力计算公式，与有限元分析结果相比，其误差在15%以内。     

铁路梁桥在多因素腐蚀环境影响下构件抗弯性能研究

为了研究西格铁路专用线中桥梁结构在多种因素腐蚀环境影响下抗弯性能的变化,分别分析水分、二氧化碳浓度以及氯离子等因素对钢筋抗拉强度、有效受拉面积、混凝土碳化以及两者之间的黏结强度等性能方面的影响,基于钢筋锈蚀之后与混凝土之间重新形成的协同工作关系,通过构造新的几何条件,对锈蚀钢筋混凝土构件抗弯承载力的计算公式重新进行推导,分析钢筋锈蚀程度对构件抗弯性能的影响。研究表明:钢筋混凝土构件在腐蚀环境长期作用下,钢筋的抗拉强度不断降低,有效受拉面积不断减小,混凝土碳化现象加剧,两者之间的黏结性能削弱;通过重新构造锈蚀钢筋与混凝土之间应变关系,推导得到的锈蚀钢筋混凝土构件抗弯承载力计算公式可以较好地反映试验结果;随着钢筋锈蚀程度的不断增加,构件抗弯承载力损失率也在不断提高,当锈蚀率达到17%时,构件承载力损失率可达到30.33%。     

地铁隧道内超薄型无砟轨道结构的设计与试验

有时地铁轨道结构高度无法满足正常要求,故需设计超薄型轨道结构。经分析,选择无枕式整体道床方案更佳。结合其他薄型轨道结构设计,并采用了植筋、选用复合纤维混凝土等辅助措施,实现了超薄型轨道结构的可实施性。为了验证荷载作用下轨道结构的承载能力,用4 800 mm长的轨道板进行静载强度试验,用3 600 mm长的轨道板进行疲劳加载试验。试验结果表明,在1.5倍列车轴重条件下,轨道板强度的各项指标符合设计要求。     

大直径钢筋套筒锚固拉拔性能研究

研究目的:钢套筒锚接技术广泛应用于加固建筑结构、连接混凝土结构的工程实践中,但是锚筋直径一般小于40 mm。为研究大直径钢筋与钢套筒的锚固性能,本文采用拉拔试验和数值模拟研究不同锚固形式的破坏形式和锚固性能,从而为工程中确定锚固长度、锚固形式及计算锚固力提供依据和方法。研究结论:(1)采用圆钢筋、锥形钢筋试件的破坏形式是钢筋与植筋胶滑移破坏,采用倒锥形钢筋的破坏形式是钢筋的断裂破坏,得到了两种破坏形式下钢筋的应力分布情况;(2)试件钢筋与植筋胶之间滑移破坏前,钢筋已达到屈服强度,表明长度为10D的锚固长度可以提供足够的锚固力使钢筋、植筋胶的强度相匹配;(3)采用内聚力模型模拟钢筋锚固拉拔试验与模型试验的结果相近,验证了模型试验的正确性,同时表明这种模拟方法是可行的,可应用于实际工程,对受力较大的预制混凝土装配式结构具有一定的参考价值。     

隔离式橡胶浮置板减振性能分析

研究目的:隔离式橡胶浮置板轨道结构的基本组成是弹性元件支承的混凝土板轨道,对该种浮置板进行力学性能研究,分析其固有频率、动荷载下力学响应以及减振性能,并对整体道床合理厚度进行探讨,为轨道设计提供借鉴.研究结论:研究结果表明:轨道系统的自振频率随着整体道床厚度的增大而降低,变化率随着道床厚度增加而减小;隔离式橡胶浮置板轨道基底加速度插入损失随着道床厚度增大而增大,变化率随着道床厚度增加而减小;当整体道床厚度取0.4m时对应动力性能、减振效果和道床混凝土用量较为经济合理;从现阶段理论分析及线上检测可知,隔离式橡胶浮置板系统减振效果明显,施工及检修方案较为系统.     

基坑工程钢支撑BFW活络端力学性能试验研究

高速铁路明挖隧道、地下铁道明挖车站的基坑工程大量采用内撑式围护结构,其中钢支撑活络端是控制基坑稳定与变形的关键构件之一。针对现有活络端结构的不足,研发了新型的BFW(Bolt Fasten Wedge)活络端,并按照1∶1的尺寸加工制作了3套试件。对该3套试件在不同工况下进行了弹性试验和极限承载力试验,研究了其在轴向荷载和不同方向偏压荷载作用下的力学性能,分别得到了这些试件的极限承载力和破坏形式。试验结果表明:(1)受荷载前期,试件都处于线性受压阶段,位移较小,稳定性好;(2)对比弹性试验不同工况下的试验结果发现:试件的整体刚度和截面抗弯刚度都随调节量的提高而下降;(3)试件的最终破坏形式为螺栓断裂,提高螺栓强度,增加螺栓个数可以提高活络端的承载能力;(4)试件在偏心荷载作用下产生偏转,但承载能力没有降低,活络端在轴心和偏心荷载作用下的极限承载力约为5 800 kN。所研发的BFW活络端结构简单,承载性能好,有推广应用前景。     

预制桥面板方台形剪力键湿接缝受力性能分析

为提高预制桥面板接缝界面的抗剪性能,提出一种方台形剪力键湿接缝结构型式,并研究该结构的受力性能。设计制作包含湿接缝在内的2种试件,即方台剪力键与传统平截面单元板试件,进行静力剪切加载试验。利用ABAQUS软件中摩擦-内聚力模型模拟接缝的界面特征,在对比验证试验结果的基础上,进行参数化分析,以探讨湿接缝处不同配筋率、方台剪力键特征尺寸(角度、底边长度、高度)及同等接缝界面面积内剪力键大小和数量(排数)对抗剪性能的影响。试验结果表明：含有方台形剪力键的湿接缝结构,其极限抗剪承载力比传统平截面结构提升65.5%。有限元数值模拟界面抗剪结果与试验结果吻合良好。参数分析结果表明：剪切作用下,方台剪力键湿接缝的最优配筋率约为1.2%。随着方台角度与底边长度的增加,湿接缝结构的抗剪刚度明显提高。方台尺寸对极限抗剪承载力的影响程度依次为底边长、角度、高度,当方台角度为45°,板宽与方台长度、高度之比为1︰0.8︰0.2时,接缝界面极限抗剪承载力最高。方台排数对抗剪刚度和承载力的影响较小,方台排数的增加,可有效提高湿接缝界面的抗裂能力。方台形剪力键桥面板施工简单,能大幅提高板在接缝处的抗剪性能。     

钢纤维混凝土管片结构力学特性研究

为探究钢纤维混凝土管片结构力学性能,对主筋用量不削减、掺入30 kg/m³钢纤维的钢筋钢纤维混凝土管片结构开展极限承载力试验。管片错缝拼装形成试验结构,通过环向24组千斤顶模拟水土作用对结构施加荷载,通过逐步减小腰部荷载模拟侧部卸载工况,直至结构破坏。在卸载工况下,结构每环在0°,90°,180°或270°等弯矩较大位置附近的3处纵缝先后发生混凝土压裂和压碎,最终在0°或180°附近管片钢筋屈服、混凝土压碎,结构形成4个塑性铰破坏。根据试验测试的应变数据对结构内力进行计算,分析钢纤维混凝土对结构刚度和承载力的提升作用。研究结果表明,相比普通混凝土结构,在刚度方面,管片初裂时,钢纤维混凝土管片刚度提升6.91%,当裂缝宽度超过0.2 mm时,钢纤维混凝土管片刚度提升3.45%,提升作用降低的原因是随着荷载增大,钢筋应力逐渐增加,钢筋对管片刚度的作用增大而钢纤维混凝土对刚度作用基本不变;接头混凝土压裂时,钢纤维混凝土接头刚度提升18.7%。在承载方面,钢纤维混凝土管片极限承载力提升6%,接头极限承载力提升3%,整体结构极限承载力提升4.2%。并且,由于钢纤维混凝土对接...     

不同掺量高性能粉煤灰混凝土铁路桥梁试验研究

以9组不同掺量高性能粉煤灰混凝土无粘结预应力模型梁的使用荷载试验和抗弯承载力试验为基础,研究高性能粉煤灰混凝土梁在重复荷载作用下的受力行为。研究结果表明:掺量为20%~40%的高性能粉煤灰混凝土梁在使用荷载作用下,200万次疲劳加载后,梁体仍处于弹性阶段,疲劳加载对位移影响很小;梁的基频在200万次疲劳加载范围以内基本保持不变,表明梁体的刚度基本不变;相同强度高性能粉煤灰混凝土模型梁的开裂荷载和极限荷载均随高性能粉煤灰掺量(20%~40%)的增加有所提高;掺加高性能粉煤灰能显著减小混凝土梁裂缝的间距、宽度、高度,抑制裂缝的扩展,对提高梁体的耐久性有重要意义。因此,掺高性能粉煤灰20%~40%的混凝土用于32 m铁路预应力简支梁是可行的。高性能粉煤灰混凝土梁的抗弯承载力按TB10002.3—99规范计算,具有足够的精度。