西北严寒地区双块式无砟轨道初期力学性能分析

位于我国西北严寒地区的双块式无砟轨道采用了大单元道床板结构,为掌握该型结构对严寒地区恶劣温度环境的适应能力,了解其力学性能和行为规律,对达坂城地区采用20 m单元道床板的双块式无砟轨道试验段展开试验研究,通过数据分析和理论计算,得出如下主要结论:大单元道床板板端伸缩效应明显,引发轨道结构与基床表层大面积的层间分离滑动;大单元道床板板中部分混凝土开裂严重,年温差循环作用下大单元道床板将呈现"低温小单元组合、高温闭合大单元"的工作模式;试验段中基床表层提供的单位长度层间摩阻力为372 kN/m;极端日气温差的出现显著放大了大单元道床板日伸缩变化幅值,并形成了大单元道床板日伸缩位移均值阶梯型跳跃式发展的行为特性。     

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。     

温度及收缩荷载下路基上双块式无砟轨道力学及裂缝特性研究

温度及收缩荷载是双块式无砟轨道的重要荷载.以路基上双块式无砟轨道为研究对象,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,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,建立了考虑混凝土开裂的钢筋与混凝土相互作用有限元力学模型,并编制了相应的计算程序.研究了温度及收缩荷载下路基上双块式无...     

双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝的分析与防治

通过对遂渝线无砟轨道综合试验段双块式现浇混凝土道床板出现的裂缝现象的分析,从设计、施工和混凝土配方等方面分析了现浇混凝土道床板的裂缝成因。提出了防治双块式无砟轨道道床板裂缝的具体措施,对今后客运专线现浇混凝土道床板的施工具有借鉴意义。     

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。     

双块式无砟轨道连续道床板裂纹修复材料性能分析

双块式无砟轨道在外界荷载作用下,连续道床板容易开裂形成裂纹,裂纹的产生会降低道床板的耐久性和承载能力,影响双块式无砟轨道在服役期间的使用与安全性。当连续道床板出现裂纹时,应该采取措施来维持双块无砟轨道的正常的使用和耐久度。基于有限单元法,建立含道床板贯通裂纹的双块式无砟轨道梁体模型,分析最不利荷载作用时所适合的修补材料,以期为双块式道床板裂缝维修提供一定的理论基础。研究表明:不同宽度裂纹对维修材料性能要求不同,随着裂纹宽度的增加,材料所受到的拉应力越小,越小宽度的裂缝对材料的延伸率要求越高。     

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。     

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.     

双块式无砟轨道轨枕松动修复材料性能分析

在外界荷载作用下,双块式无砟轨道中预制轨枕与现浇道床板粘结面作为轨道结构的薄弱处,容易出现轨枕松动,这将降低轨道结构的承载能力及影响轨道的平顺性。基于有限单元法,建立含轨枕松动修复材料的双块式无砟轨道梁体模型,分析在列车荷载及温度荷载作用时修补材料的力学性能,以期为双块式道床板裂缝维修提供一定的理论基础。研究表明:修复材料及道床板的拉压应力随着修复材料的厚度增加而减小,随弹性模量的增大而增加;建议修复材料的弹性模量为100⁵00 MPa。     

双块式无砟轨道道床板疲劳计算分析

双块式无砟轨道道床板受温度及列车荷载反复作用,存在裂缝及疲劳损伤问题,对于双块式无砟轨道道床板疲劳设计及疲劳检算,尚无相关标准。借鉴公路混凝土路面疲劳的检算方法,结合现行国内混凝土结构标准,对道床板疲劳设计及检算方法进行了初步研究,并拟合出裂缝宽度与道床板疲劳配筋率的函数关系。     

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。     

CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构优化设计研究

针对CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构特点,提出技术合理,经济性好的优化设计方案。对传统和优化后的CRTSⅠ型双块式无砟轨道在各种荷载作用下的结构受力进行计算对比分析,为优化设计方案提供理论指导。研究结论:(1)优化后的CRTSⅠ型双块式无砟轨道可应用于高速铁路、城际铁路项目;(2)通过轨道结构受力计算可知,在列车荷载作用下,路基地段优化后道床板弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道减少,底座弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道增加;桥梁地段优化后道床板弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道增大,增大幅度不大。单元式结构道床板在整体温度荷载作用下受到的轴力可大幅度减小。     

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。     

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。     

桥上双块式无砟轨道道床板防裂优化设计研究

研究目的:受地理环境及天气等因素的影响,无砟轨道结构温度场分布不均且变化剧烈,在强烈且持续的温度荷载作用下,道床板易出现开裂现象。本文以京张高铁为背景,基于太阳辐射及边界换热理论,通过ABAQUS有限元软件建立桥上双块式无砟轨道结构温度场分析模型及顺序热应力耦合模型,探究温度荷载下道床板开裂机理及优化方法。研究结论:(1)道床板板中温度梯度波动幅度最大,正温度梯度可达+62. 32℃,负温度梯度可达到-31. 02℃;(2)道床板板中较易出现龟纹裂缝,在轨枕棱角接触处较易出现45°斜向裂缝,且裂缝较易发生横向发展,在道床板边缘处,较易发生垂向纵深裂纹;(3)增加抗裂斜筋后,道床板整体温度纵向应力最多减小5. 27%,效果不明显;(4)增加伸缩缝后的轨道结构道床板,温度应力的偏斜程度及离散程度均小于传统轨道结构,对于温度荷载的抵抗能力优于传统结构;(5)本研究成果可为完善双块式无砟轨道设计理论及养护维修方法提供技术支撑。     

土质路基双块式无砟轨道混凝土支承层设计分析

研究目的:通过理论分析与多方案优化比选,研究双块式无砟轨道结构受力与变形特性,进而选择合理的混凝土支撑层型式及结构设计参数。研究结果:建议双块式无砟轨道混凝土支撑层的设计方案为:混凝土支撑层伸缩缝与道床板伸缩缝错开设置,厚度为30 cm,采用C20混凝土浇筑,且与道床板通过门形钢筋连接。     

支承层参数变化对双块式无砟轨道结构力学性能的影响

针对双块式无砟轨道的结构形式,建立了钢轨—扣件—轨下垫板—双块式轨枕—道床板—混凝土底座—弹性基础的有限元分析模型,应用ABAQUS软件,对比分析了支承层参数变化对于双块式无砟轨道结构力学性能的影响,为双块式无砟轨道的设计提供依据。     

双块式无砟轨道路桥过渡段道床板上拱整治技术研究

针对双块式无砟轨道路桥过渡段道床板上拱问题,分析了路桥过渡段道床板上拱原因及影响因素。研究结果表明:降低道床板温度及温度梯度有利于减小道床板的上拱量;黏结强度及摩擦因数的增大可以降低道床板的上拱量;合理的销钉布置能够有效整治因道床板上拱引起的轨道结构整体性与稳定性问题,当在道床板20 m范围内锚固销钉时,上拱变形最大值约为0.93 mm,较未布置销钉的上拱变形量大幅降低,且上拱范围减小至4 m左右。提出了双块式无砟轨道道床板上拱通用整治技术方案及工艺流程,方案中采用M25×480钢筋作为锚固销钉,销钉布置在轨枕盒1/4处。形成的技术措施及经验可为我国高速铁路双块式无砟轨道类似病害的养护维修提供借鉴。     

富水隧道双块式无砟轨道结构形式优化研究

我国西南山区地质情况较为复杂，山区高速铁路隧道内一般采用无砟轨道结构，无砟轨道在施工和服役过程中易受强降雨及地质条件影响，隧道仰拱下方极易积聚承压水，进而引发道床板出现开裂、上拱、离缝等病害。为提高地下水作用下隧道无砟轨道道床板的耐久性和平顺性，基于建立的隧道双块式无砟轨道有限元模型，分析了仰拱填充层假缝和道床板伸缩缝对齐处增设不同长度的土工布、仰拱填充层和道床板层间增设不同数量的胀锚螺栓对无砟轨道受力和变形的影响。研究结果表明：增设土工布能有效减少无砟轨道道床板裂缝的产生，对提高耐久性有利，建议跨缝铺设土工布长度不少于300 mm;增设胀锚螺栓能有效降低道床板的垂向位移，对无砟轨道服役的平顺性有利，建议每段道床板增设12根胀锚螺栓。     

极旱荒漠地区无砟轨道道床板防裂措施

针对CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板现浇混凝土容易开裂的现状,结合新建兰新铁路极旱荒漠地区无砟轨道道床板的施工,总结出4种常见的道床板混凝土裂缝形式。分析了产生裂缝的主要原因,通过线外试验段选取了适宜于新建兰新铁路极旱荒漠地区无砟轨道道床板施工的最优混凝土配合比。在养护棚中制作道床板,浇筑混凝土时进行二次振捣并多次抹面,采取内掺养护材料、外喷养护剂的"内部抗裂、外部防裂"以及覆盖土工布等防裂措施,从而有效避免了道床板混凝土开裂,提高了无砟轨道道床板施工质量。