板式无砟轨道轨面变形与路基沉降的映射关系

为研究路基沉降对板式轨道轨面几何变形的影响,基于无拉力Winkler地基叠合梁理论,针对纵连式、单元式两种板式轨道,提出了考虑板底脱空的路基沉降与轨面变形间静态映射关系的计算方法,并对由不同沉降型式引起的两种轨道轨面变形特征及变化规律进行了对比分析.结果表明:纵连板式轨道对基础变形的适应力较单元板式轨道欠佳,底座板与路基间易形成大范围脱空;自重效应下沉降引起的两种轨道轨面变形随基础沉降量的增大差异加剧,且对路基沉降波长极为敏感,当沉降波长达到20 m后,轨下板底脱空现象明显缓解,轨面几何不平顺基本可与路基变形保持一致;路基折角型沉降对轨面平顺性的影响相对平缓,错台型沉降不仅使轨面剧烈弯折,还会导致板底严重脱空,10 mm差异沉降即可引发轨道与路基结构间约8 mm的空吊,给列车运营质量和轨道结构疲劳特性均造成不利影响.     

余弦型路基沉降对纵连板式无砟轨道变形与层间接触性状的影响

基于前期开发的高速铁路基础变形诱发轨道结构变形与层间接触性状演变的通用表征模型，引入余弦型路基沉降描述函数，引入用以刻画轨道-路基间接触非线性的Heaviside函数，推导余弦型路基沉降下纵连板式无砟轨道各层结构的变形方程，利用渐进性接近法求解含接触非线性的超静定方程，进而分析余弦型路基沉降对轨道各层结构变形和层间接触性状演变的影响规律。结果表明：在余弦型路基沉降区域内，轨道随路基沉降发生“跟随性”变形，当路基沉降波长一定时，轨道下沉和上拱均随路基沉降幅值的增加而增大，当沉降幅值一定时，轨道下沉随路基沉降波长的增加而增大，但上拱却减小；轨道-路基间的脱空区域及轨道的受力曲线呈左右对称，轨道整体刚度影响脱空长度和高度；当路基沉降波长为10 m时，随路基沉降幅值的增加，脱空高度和长度增长的同时，还会整体向远离沉降区方向“偏移”；当路基沉降幅值为10 mm时，需要重点关注沉降波长小于20 m的不均匀沉降。     

轨道不平顺与车轨动力响应之间的关系分析

从时域和频域两个方面来研究轨道不平顺与车轨动力响应之间的关系.首先,利用轨道不平顺和轮轨动力学模型来计算轮轨间的动力荷载,加载到轨道有限元模型上得到一定运量下的道床变形和轨道不平顺分布;其次,利用傅立叶变换分别得到了一定运量后轨道不平顺的里程-功率谱、平均功率谱及其拟合谱,分析了不同波长不平顺同道床沉降之间的相关性,并同现场数据相对照.再次,结合现场轨检车的测力轮对数据,包括轨道不平顺、轮载和车体振动加速度,分别从时域和频域两个方面对三者之间的相关性进行分析,并分析了轨道不平顺状态对车轨动力响应的影响程度;最后,认为道床沉降主要影响的是轨道长波不平顺,而对短波不平顺则影响不大,而且从时域和频域来看,轨道不平顺的分布与车体振动加速度的分布相类似,而与轮载分布不同,而且波长较长的轨道不平顺引起车体的振动,它是影响车体振动和车辆运行平稳性的主要因素.     

路基上纵连板式无砟轨道动力特性分析

为研究土质路基上纵连板式无砟轨道动力性能,建立了列车-路基上纵连板式无砟轨道耦合动力学模型.模型中,将纵连板式无砟轨道及路基视为空间层状粘弹性体,采用连续体建模法,建立其运动微分方程并用Galerk in法进行离散变换;分析了CRH2-300动车组以300、350 km/h速度运行时,路基上纵连板式无砟轨道的动力特性,并与京-津城际铁路实测结果比较.结果表明:水泥沥青砂浆最大动应力为46.8~50.5 kPa,小于砂浆层设计指标值15 MPa;动变形随深度衰减较慢,动应力随深度衰减较快;单个转向架产生动应力的影响范围沿线路纵向约为5 m、横向约为3.25 m;轨道板、水泥沥青砂浆层和支承层沿深度方向的变形分布差别不大.     

桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔力学特性

为研究桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔的力学特性,根据桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔的特点,采用有限元方法,建立桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔的纵-横-垂向空间耦合计算模型.以铺设在桥上的客运专线18号无砟轨道无缝单渡线为例,研究轨道板/底座板伸缩刚度、摩擦板长度、桥梁形式对桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔力学特性的影响.结果表明:减小轨道板/底座板伸缩刚度,对轨道结构变形影响较小,但下部结构受力明显降低,最大降幅约为90%;增加摩擦板长度,有利于控制桥上无缝道岔的受力与变形,可减小下部结构受力,当摩擦板长度由50 m增至100 m时,端刺受力可减小约18%;桥上纵连板式无砟轨道无缝道岔宜铺设在连续梁上.     

路基不均匀沉降下无砟轨道受力与变形传递规律及其影响

针对路基上CRTSⅠ和CRTSⅡ型板式无砟轨道的结构特点, 分别建立了相应的有限元模型, 研究了路基不均匀沉降作用下不同板式无砟轨道受力与变形的传递规律及其影响。分析结果表明: 路基不均匀沉降发生后, 上部轨道结构的垂向变形具有一定跟随性, 变形与沉降曲线相近但不完全重合; 底座板伸缩缝的存在对轨道结构的受力和变形有较大影响, 在20 mm/20 m沉降条件下, CRTSⅠ、CRTSⅡ型板的垂向位移分别达沉降幅值的90%和60%, 相对CRTSⅠ型板而言, 沉降对CRTSⅡ型板的垂向位移影响较小, 但后者更易形成较大范围的离缝, 离缝长度达6.52 m, 为CRTSⅠ型板离缝长度的1.92倍; 当沉降幅值位于底座板中心时, 离缝主要集中在伸缩缝、沉降端部和沉降中心, 但当沉降幅值位于伸缩缝处时, 离缝主要集中在伸缩缝两侧和沉降端部; 沉降波长或幅值改变时, 会导致最大离缝位置出现偏移; 在路基不均匀沉降作用下, CRTSⅠ型板的底座板纵向最大拉应力均大于轨道板的纵向最大拉应力, 而CRTSⅡ型板的情形则相反; 从混凝土强度考虑, CRTSⅠ型板沉降控制标准应以底座板的拉应力控制为主, 而CRTSⅡ型板应以轨道板和底座板的拉应力综合控制。      

注胶与植筋对纵连板式无砟轨道受力变形的影响

针对采取维修措施后纵连板式无砟轨道在高温荷载下的受力变形问题，考虑轨道板与砂浆层间界面黏结应力-位移非线性本构关系、植筋结构应力-滑移非线性本构关系，建立了纵连板式无砟轨道力学行为分析有限元模型，并对其施加非线性高温荷载，对比分析了注胶、植筋与2种措施共用对纵连板式无砟轨道受力变形与结构损伤的影响规律。研究结果表明：对于轨道板两侧存在0.2 m层间离缝、一宽窄接缝存在破损的基本工况，注胶、植筋与2种措施共用情况下邻近破损接缝的轨道板端部层间离缝最大值分别为未采取维修措施时的63%、20%和18%,破损接缝混凝土受压损伤最大值分别为未采取维修措施时的51.0%、6.8%和5.5%;对于宽窄接缝结构状态较差的纵连板式无砟轨道，植筋措施的维护效果远好于注胶措施，而2种措施共用的效果更佳；注胶措施对纵连板式无砟轨道端部垂向位移、层间损伤和宽窄接缝受压损伤的限制作用随注胶深度的增加而增强；仅采用注胶措施情况下，若要达到2种措施共用情况下邻近破损接缝的轨道板端部层间损伤的幅值范围，注胶板块数需不小于2,且双侧注胶深度均需不小于0.9 m,建议在仅采取注胶措施时，充分保证注胶维修面积。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道横向弯曲疲劳试验

为了研究列车疲劳荷载作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道结构横向受力性能,采用实际工程施工现场的材料及施工工艺,利用足尺模型,切割制作6个单承轨台或双承轨台的板式无砟轨道试件,进行橡胶板模拟路基上板式无砟轨道结构的横向弯曲疲劳试验,得出列车疲劳荷载引起的横向弯矩作用下板式轨道试件的应力、变形分布规律及疲劳损伤的发展形态.试验结果表明,在15.0~255.0 kN和42.5~425.0 kN疲劳荷载作用下,模拟路基上单承轨台和双承轨台的试件板中位置轨道板上表面先出现纵向裂缝,随后轨道板横向预应力筋锚固端出现由锚头向轨道板上表面的劈裂裂缝,累计疲劳500万次后,三点弯曲模式下轨道板-充填层复合板试件的自密实混凝土开裂荷载和层间滑移荷载分别减小20%~30%和25%以上,疲劳损伤、层间离缝对轨道板与充填层的协同工作性能有不利影响.      

铁路路桥过渡段技术措施分析

铁路路基与桥梁刚度不同,荷载作用下连接处产生沉降差异,使钢轨轨面产生弯折,影响轨道平顺性,危及列车的平稳运行及行车安全。为此,在路桥连接处应设置过渡段,过渡段的设置原则主要是加强路基结构竖向刚度和减小轨面弯折变形。过渡段的设置方式主要为加强路堤结构强度、提高填料压实标准、减轻路堤结构自重和在路基与桥梁间设置钢筋混凝土搭板,其中采用级配较好的粗粒料填筑法为常用方法,深层混凝土搭板可使刚性桥台与柔性路基间的刚度逐渐变化,有效处理过渡段差异沉降问题。     

高速铁路无砟轨道关键设计参数动力学研究

应用列车-线路耦合动力学理论,分析了高速铁路无砟轨道关键设计参数,包括设计轮重、疲劳检算轮重、轨道合理刚度、路桥过渡段路基面支承刚度、路基不均匀沉降、轨面变形折角及钢轨挠度变化率.结果表明:设计轮重可取为静轮重的3.0倍;疲劳检算轮重系数可取为1.50;轨下基础刚度的合理范围为20～30 MN/m;路桥过渡段路基面支承刚度的合理值为500～1 000 MPa/m;路基不均匀沉降幅值、轨面变形折角和钢轨挠度变化率应分别控制在波长的1.0‰、1.5‰及0.3 mm/m以下.     

地震作用下轨道-桥梁系统损伤与轨道不平顺的对应关系

针对地震作用下高速铁路轨道-桥梁系统损伤与轨道不平顺的对应关系不明确问题,运用能量变分原理,推导了多层叠合结构层间变形协调关系表达式,将该表达式应用在高速铁路单元式和纵连式无砟轨道-桥梁系统中,按系统轨道形式与梁跨结点进行划段装配,提出了考虑路基与简支引桥影响的高速铁路基础结构变形与轨道不平顺的对应关系;采用现场实测、...     

桥头台背路基工后沉降取值标准的研究

通过工后沉降引起桥头搭板受力条件的变化，分析研究了板下脱空长度与台背工后沉降的关系，同时分析认为台背路基最大工后沉降允许值的取值标准为搭板最大挠曲变形量的2倍，利用这一研究成果分析研究了耒宜和衡枣高速公路工后沉降对桥头搭板影响的基本情况。     

CRTSⅡ型轨道板裂缝宽度的变化规律

为研究轨道结构的纵连成型过程对轨道板裂缝的影响,建立了1/4单元轨道板的分离式模型,对轨道板裂缝问题进行了分析.通过研究轨道结构的纵连成型过程,指出Ⅱ型板具有独特的纵连特征和结构特征,以该特征为研究基础,分析了轨道板在整体降温30℃和40℃作用下板端和板中裂缝宽度的影响因素和变化规律.研究结果表明:随着轨道板与砂浆层层间粘结状态的弱化,板端裂缝宽度ω_k略微增大,板中裂缝宽度ωz略微减小,板中不开裂时,ω_k最大增加0.032 1 mm,板中开裂时,ω_k最大增加0.026 9 mm,ωz最大减小0.024 4 mm;对ω_k影响最大的因素是宽接缝硬化时张拉钢筋端部的初始应力和窄接缝承力大小,以及板中是否开裂;对ωz影响最大的因素是宽接缝硬化时张拉钢筋端部的初始应力,且其减小的越多,ωz越小;轨道板的纵连特征使得ω_k和分布不均匀,纵连钢筋偏弱又使得ω_k数值较大,整体降温30℃和40℃时,ω_k的变化范围分别为0.182～1.906 mm和0.389～2.546 mm,且普遍大于ωz,这与目前Ⅱ型板式轨道的裂缝开裂特征相一致.     

大跨桥上纵连板式轨道受压稳定性

为探讨大跨桥上纵连板式轨道的受压稳定措施,根据大跨桥上纵连板式轨道的结构和纵向受力特点,以某跨径为94 m 168 m 84 m的预应力混凝土连续刚构桥为例,建立了轨道板-桥梁-墩台的有限元模型,并确定纵连板和底座板最不利段.将列车荷载作用下纵连板和底座板向上的挠曲作为初始弯曲缺陷,按照第二类稳定问题对纵连板式轨道的受压稳定性进行了分析.结果表明,对大跨桥上的纵连板式无砟轨道,在列车荷载和温度压力的共同作用下,纵连板和底座板可能发生竖向失稳,可设置"倒L"型双向挡块以增加稳定性;当纵连板和底座板的最大允许温升为30℃时,该桥"倒L"型双向挡块的间距不宜大于16.7 m.     

单元板式轨道脱空伤损识别的柔度曲率特征值法

为了实现对CRTS Ⅲ板式无砟轨道结构中轨道板板底脱空伤损的识别和定位,首先通过轨道结构模型的模态分析,获取其结构的柔度矩阵,结合高斯曲率和降噪数据处理构建柔度曲率特征值矩阵,利用非伤损区域内反映不规则突起对伤损定位影响的准确性指标和反映识别伤损范围的有效性指标得到合理的测点密度,最后建立多种伤损工况,研究该指标识别的应用范围. 研究结果表明:已脱空轨道板的柔度曲率特征值在伤损区域内存在明显突起,且峰值位置与伤损区域中心吻合,可在无基准参数下有效识别CRTS Ⅰ及CRTS Ⅲ型两种材料性能不同的单元板式轨道板底的隐蔽伤损;针对板底大于0.4 m × 0.4 m的脱空伤损,采用测点密度为0.2 m时有利于降低噪声对伤损定位准确性的影响,提高伤损范围识别的有效性;当轨道板底伤损区域边长大于0.3 m时,可利用柔度曲率特征值进行伤损识别和定位;轨道板柔度曲率最大绝对值随脱空尺寸变大而增加,二者基本呈线性关系,结合柔度曲率特征值的可视化图形可进行伤损面积识别.      

机车—轨道—桥梁垂向耦合动力学分析

将铁路机车，轨道，桥梁作为一个整体系统，建立了其垂向耦合动力学分析模型，编制了计算程序，并研究了机车过桥的动力学特性及其对受电弓－接触网系统动力性能的影响，桥上轨道与土路基轨道间的动力不平顺对机车振动的影响。研究表明，由于轨下基础的刚度不同，形成的动力不平顺将在轮轨间引起动力冲击作用，对正常结构的桥梁，机车过桥对弓－网接触压力影响不大。     

高速铁路软土路基有控注浆技术现场试验研究

为有效控制软土路基注浆对高速铁路轨面变形的影响,提出有控注浆的总体原则及其施工控制方法.依托长三角地区某运营高速铁路软土复合路基注浆抬升的现场试验,监测轨面变形、孔隙水压力和土体侧向位移,分析不同注浆施工控制措施对注浆抬升效果的影响;模拟分析在不同列车速度下轨面变形对列车运行安全的影响,以此为依据提出注浆引起轨面变形限值.研究结果表明:采用合理的注浆参数、层位和时间间隔和路基两侧交错注浆的控制措施,可控制轨面变形;列车运行速度越快,轨面变形越大,脱轨系数、轴重减载率和轮轴横向力也越大,列车速度大于200 km/h时,轨面整体变形与差异变形不得大于15 mm,列车速度达到300 km/h时,轨面差异变形应小于10 mm.      

CRTSⅡ型板式轨道底座板后浇带脱空对轨道结构与行车的影响

在不间断行车情况下, 采用超高压水射流法对桥上CRTSⅡ型板式轨道底座板后浇带进行修复; 建立了CRTSⅡ型板式轨道结构静力计算模型, 分析了底座板后浇带不同脱空长度对钢轨、轨道板垂向位移与轨道板拉应力的影响; 建立了车辆-轨道耦合动力计算模型, 分析了底座板后浇带完全脱空长度为1.0 m时, 正常行车对轨道结构、行车安全与舒适性的影响。计算结果表明: 在1.5倍静轮载作用下, 随着后浇带脱空长度增大, 钢轨与轨道板垂向位移随之增大, 当底座板后浇带完全脱空长度为1.0 m时, 钢轨和轨道板的垂向位移均增大了0.03 mm, 说明完全脱空对其垂向位移影响较小; 后浇带脱空长度分别为0.7、0.8、0.9、1.0 m时, 轨道板的最大拉应力分别为0.96、1.12、1.18、1.22 MPa, 后浇带完全脱空时轨道板的最大拉应力小于其抗拉强度设计值1.96 MPa, 轨道板不会开裂; 列车运行速度为300 km·h-1, 后浇带完全脱空长度为1.0 m时, 钢轨和轨道板的最大垂向位移分别为0.91、0.32 mm, 均小于《高速铁路工程动态验收技术规范》 (TB 10761—2013) 中钢轨和轨道板垂向位移的基准值1.5、0.4 mm, 说明后浇带脱空后正常行车对轨道结构不会造成较大的影响; 后浇带完全脱空时, 轨道板垂向加速度约为正常时的3倍, 说明正常行车将会增大下部基础的振动强度。静、动力分析结果表明, 采用超高压水射流法修复底座板后浇带可允许列车以正常速度通行。      

车辆-轨道耦合动力学在轨道下沉研究中的应用

将车辆-轨道耦合振动模型和轨道累积下沉计算模型相结合,以轨道结构动力学响应参量和轨面高低不平顺状态变化作为两者间的联结纽带,从车辆-轨道耦合动力学角度研究了轨道的下沉变形特性.研究结果表明,随着轨道动荷载重复作用次数的增加,轨道下沉量逐渐累积;轨面初始不平顺对轨道下沉变化影响较大;受轨道累积下沉的影响,轮轨力、轨道结构响应加大.     

CRTSⅠ型与CRTSⅡ型板式无砟轨道结构特点分析

无砟轨道具有整体稳定性强、刚度均匀性好、线路平顺度高、耐久性强的突出优点,满足客运专线和高速铁路对轨道性能的要求,以板式无砟轨道为例,分别介绍了CRTSⅠ型板式无砟轨道与CRTSⅡ型板式无砟轨道的结构组成、板型分类、断面尺寸和对线下工程设计要求,对两种轨道系统的技术特点进行了分析,Ⅰ型轨道板比Ⅱ型轨道板制造简单、造价稍低,Ⅱ型板式无砟轨道比Ⅰ型板式无砟轨道几何精度高、结构整体性和纵向连续性好。