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%。     

反射隔热材料对纵连无砟轨道温度和力学影响研究

为降低太阳辐射对纵连结构无砟轨道的影响,采用反射隔热材料实地应用研究,建立有限元模型分析反射隔热材料对太阳辐射在纵连结构无砟轨道温度和应力影响。研究结果表明,反射隔热材料可将轨道板(道床)表面温度降低10℃以上,混凝土内部温度梯度降为60℃/m,轨道板(道床)应力降低到9.5 MPa,有效降低纵连无砟轨道结构纵向应力和垂向位移,对防治因太阳辐射造成的纵连无砟轨道结构上拱病害有较好效果。     

反射隔热涂料对路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力学特性的影响

为研究局部涂刷反射隔热涂料对路基上纵连式无砟轨道纵向力学特性的影响,建立多层叠合梁有限元计算模型,计算涂料局部涂刷产生的无砟轨道纵向附加力,研究无砟轨道纵向附加力的分布规律及其影响因素,针对CA砂浆黏结强度降低时,局部涂刷可能诱发的轨道病害,提出锚固销钉限位方案。研究结果表明:涂料局部涂刷对轨道板纵向力学特性的影响较大,轨道板纵向附加力最大值出现在涂刷区段中心,离涂刷区段中心越远,纵向附加力越小;随着涂刷长度的增加,轨道板纵向附加力的放射范围增加;随着CA砂浆黏结强度的降低,轨道板纵向位移增大;锚固销钉能降低轨道板纵向位移,但随着销钉数量的增加变化趋势逐渐变缓。     

太阳辐射对CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板表面温度影响的试验研究

无砟轨道是由钢筋混凝土材料构成的复合结构,受日照和气温影响很大。通过试验测得成都地区试验场地的气温、太阳辐射强度以及CRTS I型双块式无砟轨道道床板表面的温度,分析道床板表面温度随太阳辐射强度的变化关系,研究道床板表面放热系数的取值;分析太阳辐射强度对道床板表面温度的影响,建立道床板表面温度极值与气温极值、太阳辐射所引起的温度增量极值以及其他环境因素所引起的温度变化值之间的关系,并给出相应计算参数的建议值,为无砟轨道道床板内部温度场分布及无砟轨道温度应力研究提供试验基础。     

温度对双块式无砟轨道道床板及凸台结构的影响分析

为了解决兰新线大温差等恶劣条件对轨道结构受力的影响,为双块式无砟轨道结构设计提供理论依据,建立了温度荷载作用下的轨道结构有限元计算模型,分析了温度梯度、结构整体升降温对道床板以及凸台结构的影响.结果表明,在温度影响较大的地区,道床板结构单元化可以有效地减少其内部应力,保证结构的受力合理;单元式道床板与支承层之间直接铺设土工布时,在温度梯度作用下道床板下部受拉易超限,翘曲不易控制;合理设置的凸台结构可以有效地限制单元式道床板结构的纵横向位移,并能够适应其受力变形特性.     

考虑层间效应的无砟轨道复合板温度荷载效应计算方法研究

既有无砟轨道结构温度应力解析计算方法,多基于Winkler弹性地基梁理论对无砟轨道各层应力进行分析,而对层间温度梯度不同带来的影响考虑较少。目前无砟轨道温度荷载效应研究多采用有限元方法,不利于工程设计。本文在结合既有混凝土梁温度应力计算方法的基础上,考虑层间黏结效应及层间温度梯度的不同,提出无砟轨道翘曲应力计算新方法。对采用新方法得到的计算结果与有限元模型计算结果进行了对比。结果表明:根据新方法计算得到的应力与变形分布规律和有限元模型计算得到的结果吻合较好,验证了新方法的可靠性。文中还对新方法的应用条件进行了讨论,给出了该方法应用于多种无砟轨道时的适用条件。     

东北极端低温条件下板式无砟轨道温度场特性

基于环境监测资料和热力学基础理论,建立CRTSⅠ型板式无砟轨道三维瞬态温度场模型,分析哈尔滨地区冬季极端低温气象条件下无砟轨道温度场分布规律和影响因素,确定东北严寒地区无砟轨道性能分析的温度参数。结果表明：无砟轨道温度场分布的影响因素包括极端气温、轨道板吸收率、风速等;无砟轨道内温度变化滞后于环境温度,轨道板板顶及板边的日温度变化幅度较大;沿轨道板板顶向下,温度场呈非线性变化,温度波动幅值不断缩小;轨道板吸收率越大,则板顶温度及温度梯度越高;风速越大,板顶温度越低,轨道板内正温度梯度越小,负温度梯度越大;建议东北极端低温条件下轨道板的温度参数取正温度梯度75℃/m,负温度梯度-25℃/m。     

单元双块式无砟轨道道床板温度翘曲变形的影响研究

单元双块式无砟轨道中的道床板在温度梯度作用下会产生翘曲变形,可能对轨道几何形位产生不利影响,从而危害行车安全。采用有限元方法建立单元双块式无砟轨道计算模型,探索温度梯度作用下道床板的翘曲变形规律及其对轨道几何形位的影响。结果表明:在正温度梯度作用下,道床板的翘曲变形较大,可能危害高速行车安全,需采取措施进行控制;而在负温度梯度作用下,道床板的温度翘曲变形较小,可忽略。     

兰新二线6.5m单元双块式无砟轨道适应性分析

鉴于单元式轨道结构对温度的良好适应能力,兰新二线路基段拟采用单元双块式无砟轨道。路基段单元双块式无砟轨道结构在西北地区的适应能力有待考验。首先通过计算不同荷载组合作用下的结构响应检算其结构性能是否满足设计要求;其次,对新型轨道进行裂缝宽度检算;最后,结合现场试验段的长期观测和试验,对6.5m单元双块式无砟轨道的应力应变响应、裂缝发展等进行综合评价。分析发现,路基段6.5m单元双块式无砟轨道在西北地区具有较强的适应能力,推荐兰新二线路基段采用该型结构。     

无砟轨道轨道板温度测量与温度应力分析

研究目的:针对秦沈线和遂渝线无砟轨道板存在的问题,对轨道板温度进行全天的测量,总结轨道板温度的变化规律,研究温度对轨道板的影响,根据温度测量结果,进行温度翘曲应力的仿真分析,为板式无砟轨道的结构设计提供参考.研究结论:通过对轨道板进行的温度测量,得出轨道板上表面和底面最高温度较当地最高气温分别高出16 ℃和3 ℃左右,轨道板上下表面的最大温差为10～13 ℃,轨道板侧面的温度梯度接近0.5 ℃/cm的线性变化.通过建立轨道板温度翘曲应力的计算分析模型,得出框架轨道板较普通轨道板发生更小的翘曲位移和翘曲应力;普通轨道板的最大翘曲位移为0.82 mm,框架轨道板为0.61 mm;普通轨道板的最大翘曲纵向应力为1.81 MPa,框架轨道板为1.51 MPa;普通轨道板的最大翘曲横向应力为0.75 MPa,框架轨道板为0.58 MPa.     

基于气象资料的CRTSⅢ型无砟轨道温度场特性研究

为研究无砟轨道温度场分布规律,基于气象学和传热学原理,建立CRTSⅢ型无砟轨道温度场瞬态分析模型。以实测轨道内部的温度数据验证模型有效性,在此基础上研究轨道结构温度场分布规律,并探讨风速和太阳辐射强度对轨道板内部温度变化的影响。结果表明:轨道结构温度沿竖向呈非线性分布,且随着深度的增加,温度变化幅度逐渐减小;横向温度分布随昼夜交替呈现周期性变化,在0.4～2.1 m存在温度平稳区。太阳辐射强度和轨道表面温度以日为单位呈周期性变化,轨道表面最大温度较太阳辐射峰值滞后约1 h。风速对无砟轨道表面以下10 cm范围的温度梯度影响较大,超过此范围的影响较小可忽略不计。有限元分析结果与实测数据基本吻合,研究结论可为CRTSⅢ无砟轨道温度场特性研究提供依据。     

郑徐高铁CRTSⅢ型板式无砟轨道结构服役状态监测

为掌握CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的温度场、受力和变形规律,在郑徐高铁跨京杭大运河徐州特大桥的CRTSⅢ型板式无砟轨道结构开展监测服役状态监测的基础上,对监测数据进行了统计分析,研究表明:(1)轨道板板中温度高于自密实混凝土层和底座板;(2)轨道板上半部分温度梯度较大,下半部分温度梯度较小;(3)连续梁跨中地段轨道板板端翘曲位移高于板中翘曲位移,板端最高翘曲位移为1.9mm。连续梁梁端地段轨道板板端翘曲位移与板中翘曲位移接近;(4)随着大气温度的升高,桥梁梁缝的相对位移值逐渐减小;(5)轨道板压应力、拉应力大小变化随着温度的升高和降低而相应发生变化。     

桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道早期开裂行为研究

以桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道为研究对象,基于混凝土早期性能发展基本理论,利用Ansys建立三维温度场与应力场分析模型,考虑养护方法、拆模龄期、拆模温度与钢筋直径等参数影响,对双块式无砟轨道早期开裂行为进行数值模拟。结果表明：无砟道床不同位置处混凝土主拉应力整体呈循环上升趋势;拆模前后混凝土应力时程曲线波动程度差异较大,拆模后4 h内道床混凝土主拉应力时程曲线出现明显增长。合理选用养护方式可有效降低道床板早期开裂风险;伴随着拆模龄期的延长与拆模温度的升高,拆模后无砟道床4 h内温度改变量与道床混凝土开裂风险均呈降低趋势;相同配筋率下,减小钢筋直径可降低桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道早期开裂风险。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道结构层间早期离缝研究

在不同气候条件下现场观测CA砂浆灌注施工时的轨道板温度,得到实测的轨道板温度梯度。建立轨道结构力学计算模型,计算轨道板在实测温度梯度作用下的温度翘曲变形及应力。研究表明:气温和太阳辐射是影响轨道板温度梯度的主要因素;板面温度对温度梯度起控制作用;CA砂浆水化热对温度梯度有一定影响;在1d中,轨道板正、负温度梯度的交替变化引起温度翘曲压、拉应力的交替变化,是产生轨道结构层间早期离缝的最主要原因。因此,在早期温度场控制中,可采用有效的隔热或保温措施控制轨道板板面温度,避免出现较大的轨道板温度梯度,导致产生较大的温度翘曲应力,并根据CA砂浆强度增长规律,尽量延长扣压装置和精调千斤顶的拆除时间,从而有效地减少轨道结构层间早期离缝。     

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。     

无砟轨道温度场计算及持续高温天气影响分析

为研究持续高温天气下无砟轨道温度特性,分析了无砟轨道与大气环境的换热机理并考虑地温影响,推导基于气温、太阳辐射及风速的无砟轨道温度场计算公式。开展无砟轨道温度试验,验证公式准确性,利用该公式计算了2013年杭州地区持续高温天气下无砟轨道温度。结果表明:根据实测气象资料能够准确算得当地无砟轨道温度场;持续高温天气下,地温达到42℃,无砟轨道最大正温度梯度达到100℃/m,道床板中部日平均温度能够达到47.5℃,比平均气温高约15℃;持续高温天气期间,较强的太阳辐射和较高的日平均气温是导致无砟轨道整体温度升高的主要原因。     

基于气象资料的无砟轨道温度场计算与分析

为研究大气环境下高速铁路无砟轨道结构温度分布和温度场变化规律,建立利用气象数据资料描述环境因素的边界条件,以求解无砟轨道结构温度场热传导方程。利用京沪高速铁路CRTS-Ⅱ型轨道板现场实测的温度分布数据,验证本文用于轨道结构温度场的计算公式,分析气象数据资料变化引起的轨道结构温度分布和温度场变化规律。对比结果表明,本文推导得到的计算公式能够准确、有效的用于无砟轨道结构温度场的计算。京沪高速铁路无砟轨道结构现场实测和计算的结果表明:其夏季最大正温度梯度在12:00~14:00左右,最大负温度梯度在3:00~5:00左右。影响因素分析表明太阳辐射、风速和气温变化是影响轨道结构内部温度分布状况的主要因素。     

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.     

基于气象资料的无砟轨道温度监测与预警系统

温度荷载是无砟轨道的主要荷载之一,大幅度的温度变化会破坏轨道结构整体性,削弱其耐久性进而危及列车行车安全。无砟轨道温度场监测是预防整治温度病害的关键,而传统的轨道温度监测方法需要布设大量的传感器,成本较高。为实现低成本的无砟轨道温度场监测,基于前期无砟轨道温度场的研究,开发了无砟轨道温度监测与预警系统。该系统依据气象资料、线路方位、地形地貌等信息可计算和预测无砟轨道的温度场。经无砟轨道温度场长期观测试验验证,该系统可作为无砟轨道温度场监测的可靠工具。     

CRTSⅡ型板式轨道施工过程中轨道板受力特性分析

无砟轨道早期病害是影响其长期服役寿命的重要因素。应用 CRTSⅡ型板式轨道有限元计算模型,对轨道板铺设过程中的受力特性进行了分析。计算结果表明,在轨道板起吊和精调过程中,其板面最大拉应力可能发生超过或接近混凝土抗拉强度的情况,将会引起横向裂纹;轨道板灌注 CA 砂浆层后,纵连前板角区域温度翘曲应力超过 CA 砂浆层抗压强度,容易出现离缝;轨道板纵连后温度翘曲应力则大为降低。加强起吊过程控制、调整精调千斤顶位置与及时进行轨道板纵连是控制CRTSⅡ型板式轨道早期病害的重要手段。