新型铁路涵洞病害整治技术研究

既有铁路部分混凝土涵洞的劣化变形严重影响线路运行,威胁铁路运营安全。针对铁路涵洞出现的掉块、露筋、腐蚀等问题,依托朔黄铁路一涵洞病害整治工程,从涵洞净空、经济性以及工期的角度,提出了一种适用于铁路涵洞严重病害整治的新技术——波纹板加固技术。首先建立涵洞与波纹板共同作用的三维有限元数值模型,分析波纹板结构在列车动荷载作用下的受力、变形;然后采用现场实测的方法,对涵洞加固前后盖板的钢筋受力及挠度进行测试,对整治效果予以验证。结果表明:经波纹板加固技术整治后,列车动荷载作用下涵洞竖向挠跨比约为1/18 000,远小于钢筋混凝土梁竖向挠跨比通常值1/4 000;跨中顶板钢筋应变降低了45.4%,盖板挠度降低了91.4%,整治效果显著。     

铁路重载运输条件下钢筋混凝土涵洞受力特征试验研究

为掌握铁路既有线钢筋混凝土涵洞实际的受力特征,评估其对重载运输的适应性,理论分析涵洞活载储备量以及货车参数、冲击作用、疲劳荷载对涵洞受力的影响;通过某重载线路的大轴重列车试验,测试大轴重试验列车和运营列车通过时钢筋混凝土涵洞的静、动力响应。结果表明:30t轴重货车对涵洞的作用效应超过运营列车;大轴重列车通过时,理论上小跨度涵洞的活载储备量明显不足,但实测状态良好涵洞的受力水平较低,仍具备一定的承载潜力;涵洞跨中挠度、钢筋应变与大轴重货车的轴重、邻轴距直接相关,而与列车运行速度、货车长度关系较小;实测涵顶填土厚度大于1.0m的涵洞仍受到活载的竖向冲击作用,但动力系数并未随着货车轴重的增加而明显增加,且实测列车活载在涵顶填土中的扩散范围大于按现行铁路规范计算的结果。需要对铁路涵洞动力系数、荷载分布等的计算理论开展进一步研究,以使其进一步地完善;在既有线上开行大轴重列车之前,应对涵洞进行综合评估,以确定其合理的改造范围。     

重载铁路隧道基底病害微型桩加固技术研究

结合我国重载铁路隧道基底病害特点,提出了一种隧道基底微型桩加固技术。同时,利用大型有限元软件ANSYS建立隧道基底微型桩加固分析模型,采用30 t列车动压应力实测值模拟重载列车竖向动荷载,着重分析了30 t重载列车通过隧道基底病害区段时微型桩的加固效果,结合某隧道现场测试与混凝土检测结果以及新旧混凝土结合面强度统计分析结果,提出了基底采用微型桩加固基底混凝土厚度要求,为今后采用该法进行基底加固提供借鉴。     

铁路钢桁梁桥在重载列车下的受力适应性分析

在既有线上开行重载列车可满足我国快速发展的铁路运量要求,但势必会对既有铁路桥梁的安全性产生不利影响。以长东黄河大桥4跨铁路连续钢桁梁为工程背景,采用Midas软件建立了有限元模型,对其整体受力性能和杆件局部受力性能在30 t重载列车下的适应性进行了分析。结果表明:长东黄河大桥连续钢桁梁的整体受力性能满足30 t重载的运营要求,其中竖向挠度安全裕度较中-活载下降约22%,但横向挠度安全裕度无明显下降。钢桁梁各杆件的应力安全储备系数、疲劳安全储备系数和稳定安全储备系数均较中-活载下降低近20%左右,且个别杆件在30 t重载下的疲劳和稳定性能不满足规范要求,需进行适当加固。     

朔黄铁路超低高度梁辅助钢梁法加固试验

对超低高度预应力混凝土梁采取辅助钢梁技术进行加固,并在加固前后及加固过程中进行相关动载试验。加固过程中监测试验保证了加固施工安全,验证了辅助钢梁承担部分恒载。通过加固前后对比试验掌握了梁体受力性能:加固后的梁体跨中竖向挠度、下缘混凝土应变比加固前有明显的降低,竖向挠度在运营列车作用下降低24.9%~33.4%,试验列车作用下降低24.5%;下缘混凝土应变在运营列车作用下降低25.9%~33.1%,试验列车作用下降低23.4%。增设辅助钢梁后梁体的竖向刚度明显提高,辅助钢梁与原混凝土梁体共同作用性能良好。通过系列动载试验掌握了在30 t轴重条件下梁体承载力的安全储备量,为大轴重条件下辅助钢梁加固技术的推广应用奠定了基础。     

铁路低高度钢筋混凝土梁病害评估与整治北大核心

受铁路线路标高或桥下净空限制,早期修建了许多低高度钢筋混凝土梁,尽管其结构设计满足当时的桥梁设计规范,但安全裕量不大。当防排水功能失效或列车轴重增加时,这类混凝土梁劣化较重。以病害严重的重载铁路跨度为8 m的低高度钢筋混凝土梁为研究对象,采用结构试验检测和理论计算的方法对病害产生的原因及其对结构受力的影响进行分析,并提出了病害整治方案。经多方案比选,粘贴钢板法是结构加固补强的优选方案。现场实测结果表明,加固后梁体刚度提高超过20%,钢筋应力幅降低超过25%,效果显著。     

30t轴重条件下隧道技术标准研究

研究目的:货运重载是铁路发展的趋势之一,目前我国重载列车的轴重是25 t,近期的发展目标是轴重达到30 t.轴重增加将使轨道和轨下基础承受较大的荷载,也将增加隧道基底病害的发生几率.因此需要深入研究轴重增加对隧道基底结构的影响,研究30 t轴重下隧道的技术标准.研究结论:以客货混跑的太行山隧道为基础进行重载铁路隧道的断面设计基本上是可行的;重载铁路隧道应取消单纯的铺底结构,在Ⅲ级以上围岩设置仰拱,且仰拱的矢跨比和厚度应不低于客运专线隧道标准;由于重载列车荷载的复杂性和围岩的千差万别,在制定30 t轴重条件下隧道技术标准时需要结合目前重载线路进行大量现场测试.     

双机重载牵引下既有铁路桥梁竖向动力响应研究

为分析桥上有砟轨道结构在重载列车作用下的竖向动力响应,基于ANSYS建立有砟轨道—桥梁系统动力分析有限元模型,将列车荷载简化为集中力,分析研究中—活载及和谐号双机重载列车移动活载作用下桥梁和轨道结构的竖向位移和加速度动力响应。研究结果表明:轨道和桥梁结构跨中竖向位移和加速度响应在HXD1+HXD3+C80作用下最大,最大值为12.60 mm和3.27 mm/s~2,挠跨比为3.94×10~(-4),均小于规范中40 mm,350 mm/s~2和2.5×10~(-3)的要求;行车速度对轨道桥梁结构竖向位移响应影响很小,竖向加速度随着行车速度的增大而增大;增大桥梁刚度可以降低轨道桥梁结构系统的竖向位移和加速度响应,提高行车稳定性和乘客的舒适度;对既有铁路有砟轨道桥梁,应限定行车速度,采取相应的加固措施提高刚度以保证车—轨—桥系统的安全。     

20 t轴重米轨集装箱平车车体设计

介绍出口20 t轴重米轨集装箱平车的设计要求、总体结构和主要技术参数，重点阐述车体组成部件底架、集装箱锁闭装置的设计。对车体垂向弯曲刚度、车体静强度和锁闭装置的静强度计算结果表明：在额定载荷及超过额定载荷50%工况下，车体下挠均不大于10 mm，在车体预上挠10 mm～14 mm的工艺设计条件下，车体未出现下挠，挠跨比小于1/700；在额定载荷与纵向力合成工况下，车体最大应力点出现在装载2只20 ft集装箱在重车顶车工况下的侧梁下翼面处，应力为254 MPa，小于材料许用应力；在超过额定载荷50%工况下，车体最大应力小于材料屈服应力，车体未发生永久变形和裂纹。在不同载荷作用下锁闭装置产生的应力，均小于材料许用应力。整车的限界通过试验、车体强度试验结果均符合要求。     

重载铁路小跨度桥梁换梁施工及运营性能测试分析

在既有铁路扩能改造过程中发现中小跨径混凝土桥梁产生了较为严重的病害,通过常规加固技术(如粘贴碳纤维)难以满足长期重载运营要求。以一座跨度为8 m的钢筋混凝土重载铁路桥梁为工程背景,介绍了在役钢筋混凝土梁更换为钢梁的施工过程。通过对换梁改造后的桥梁进行运营性能试验,评价了该桥实际工作状态并检验了换梁效果。研究结果表明:换梁改造后桥梁跨中横向振幅、跨中动挠度动力系数、动应变动力系数远小于规范值;与更换前在役钢筋混凝土梁相比,主梁跨中横向振幅降低率约为74. 6%～85. 2%,桥墩墩顶横向振幅降低率约为11. 1%～50. 0%。     

30t轴重下隧底密实度对隧底结构受力的影响及隧底加固效果分析

针对朔黄铁路某隧道隧底不密实病害,分析了隧底不密实病害的主要成因。提出采用聚氨酯树脂填充隧底吊空等不密实处以及固结虚砟的隧底加固方案。采用有限元软件ANSYS建立数值分析模型,以Ⅴ级围岩隧道为例,借助于现场实测30t轴重列车轮轨力时程曲线,分析隧底不同密实度以及加固后的隧底结构动力响应。结果表明:在取Ⅴ级围岩弹性模量的中值1.5GPa作为隧底密实度标准值的条件下,30t轴重列车通过隧底密实度仅为标准值的7%的隧道时,其隧底结构产生最大为1.05 MPa的拉应力,隧底结构的应力水平超过0.5ft(ft为计算混凝土抗拉极限强度,取2.01 MPa),从而导致隧底结构的疲劳问题;采用聚氨酯树脂对隧底结构加固后,隧底结构的应力水平降低至0.13ft,消除了疲劳破坏的隐患,而且隧底结构的振动加速度也得到明显的降低,验证了采用聚氨酯树脂的加固方案适宜于重载铁路隧底的加固。     

大轴重运输条件下小跨度板梁静动力适应性研究

大轴重运输条件下,重载铁路小跨度梁病害损伤频繁出现,致使其承载能力和使用性能逐渐降低,安全与稳定问题日益凸显。为研究常见类型小跨度板梁在大轴重运输条件下的静动力特性,以某重载铁路12.0 m跨度低高度整体式预应力板梁(简称整体梁)和并置式普通钢筋混凝土板梁(简称并置梁)为对象,基于现场试验和数值模拟方法,开展静力性能试验、动力性能试验、承载能力分析和提速、提轴条件下动力适应性分析,探索小跨度低高度板梁在大轴重运输条件下的差异性和适用性。研究结果表明：设计静活载作用下,小跨度并置梁和整体梁均处于弹性工作状态,2种类型板梁荷载-挠度、荷载-应变等关系曲线均呈线性变化,且应变和挠度实测数据均小于理论计算值;相同静力荷载作用下,实测整体梁跨中挠度、应变等关键参数均小于并置梁,整体梁具有更大的刚度和承载能力。正常运营列车和提速、提高轴重列车作用下,整体梁横向和竖向频率分别为27.26 Hz和11.21 Hz,其自振频率较并置梁有大幅提高;同时,相同动力荷载作用下,整体梁跨中横向振幅、横向加速度、竖向振幅、竖向加速度和动力系数较并置梁均有明显降低,整体梁具有更大的横向刚度和整体稳定性,满足35.0...     

含软弱夹层重载铁路路基水平旋喷桩加固效果分析

结合我国重载铁路含软弱夹层路基的病害特点,提出一种路基水平旋喷桩加固技术。利用ANSYS将不同轴重列车模拟为沿轨道移动的振动荷载,重点分析不同轴重重载列车通过路基病害区段加固前后基床结构的动应力与动变形。结果表明,加固后路基侧向应力也有所减小,整体路基结构受力有所改善。     

基于Ansys体外无粘结预应力筋加固铁路盖板涵静载分析

目前大秦铁路运输荷载日趋增加,原有盖板的各种病害日益突出,为了改善大秦重载铁路盖板掉块,钢筋锈蚀等病害,提高盖板的承载能力,对盖板进行了体外无粘结预应力筋加固试验研究。根据已加固盖板涵的室内静载试验和有限元模型,结合数据研究了无粘结预应力筋的加固效果。结果表明,无粘结预应力筋加固可以明显提高盖板的承载能力,在正常使用状态混凝土压应力最大降低约35%。最后,借助力学理论推导了无粘结预应力筋应力增量计算公式,根据试验结果验证了理论计算的准确性,为无粘结预应力筋加固的实际施工提供理论指导。     

27t轴重混编货车作用下既有线钢筋混凝土梁受力特性试验研究

我国研究发展27 t轴重通用货车意义重大,不但可满足铁路货运发展的迫切需要,还能使我国铁路货运全面达到国际重载要求。通过在京广线试验区段内选择跨度3.4,6.7,13.06 m钢筋混凝土梁进行实车试验,获得了27 t轴重货车不同装载等级、不同速度级工况下梁体的钢筋应力、混凝土应力、挠度和挠度动力系数,以及应力和挠度与货车邻轴距的关系等实测数据。初步掌握了27 t轴重货车对小跨度钢筋混凝土梁的作用特征,为27 t轴重货车在既有线的试运行提供了技术支撑。针对试验过程中发现的问题和既有线桥涵实际情况,提出了既有线开行27 t轴重货车时需开展的工作建议。     

重载铁路非等跨简支梁桥上无缝线路纵向力研究

为研究重载铁路非等跨简支梁桥上无缝线路纵向力的分布规律,建立6-32 m+40 m+6-32 m(30 t轴重)重载铁路简支T梁与轨道相互作用有限元模型,与13-32 m简支梁桥相对比,研究温度、竖向活载、列车制动及地震作用下系统的受力和变形特征,探讨非等跨简支梁(40 m简支梁)对系统的影响规律。研究表明,各类荷载作用下,钢轨应力峰值多集中在各简支梁相接处及跨中位置;地震作用下,钢轨和墩底承受着极大的纵向力;非等跨简支梁桥对伸缩力和挠曲力影响较大,将使钢轨伸缩拉应力增大70%、钢轨挠曲应力增大50%、部分桥墩墩顶挠曲力增大50%;非等跨简支梁桥对制动力和地震力影响较小。     

重载铁路跨度12m钢筋混凝土简支T梁静动力适应性分析与试验研究

我国快速发展的经济对铁路运输能力的要求不断提高,既有铁路重载扩能运输改造进程不断推进,随之提高的列车轴重必然会降低既有铁路桥梁的活载储备量,从而导致T梁的整体刚度和耐久性下降。通过对不同跨径桥梁活载储备量的计算分析,进而选取跨度12 m混凝土T梁作为研究对象进行静力适应性分析,对梁体跨中截面主筋应力、梁体跨中截面上翼缘混凝土压应力及梁体跨中底板裂缝宽度进行检算;并且建立动力有限元模型,分析不同列车荷载作用对跨中横向加速度及横向振幅的影响规律,并与试验实测结果进行对比分析。研究结果表明:在270 k N和300 k N轴重重载列车作用下,梁体受拉钢筋最底部主筋应力均超过容许值;结构动力响应随着车辆轴重增大而增大; 12 m跨低高度简支钢筋混凝土梁横向动力适应性优于普通高度简支梁,两者均满足开行大轴重重载货车要求。     

重载运输条件下铁路下承式钢桁梁力学行为分析

以下承式铁路钢桁梁为研究对象,采用理论分析与现场试验相结合的方法,对重载列车作用下64 m单线简支、64 m双线简支和64 m双线连续下承式钢桁梁各杆件的力学特性进行分析。得知,中-活载作用下双线简支下承式钢桁梁重车侧结构杆件挠度和应力最大,单线简支下承式钢桁梁次之,双线连续下承式钢桁梁最小;运营重载列车作用下双线连续下承式钢桁梁横向振幅和横向加速度最小,双线简支下承式钢桁梁桥次之,单线简支下承式钢桁梁桥最大。     

下承式密布横梁体系钢桁结合梁桥受力性能分析

下承式钢桁结合梁桥通过桥面板与主桁结构的连接形成稳定的空间结构,使得桥梁的刚度,特别是面外抗弯刚度得到了有效提高。密布横梁体系的下承式钢桁结合梁桥则取消了纵梁,增加了节间横梁,改善了桥梁结构主桁的受力情况。本文以跨度64 m的密布横梁式钢桁结合梁桥为例,通过静、动载试验和有限元分析,研究了该结构体系的受力特性。研究结果表明:该桥一阶横向自振频率满足规范要求;且由于桥面板与下弦杆形成的整体共同承受外部荷载,在30 t轴重荷载作用下弦杆与横梁受力较小,最大应力分别为26.39,30.73 MPa,并有效减小了下弦杆挠度,实测挠跨比远小于限值;混凝土桥面板以受拉为主,顺桥向最大应力为3.53 MPa。该桥动力性能良好,跨中横、竖向振动特性均满足规范要求,满足30 t轴重重载运输要求。     

新型轨道交通混凝土声屏障单元板抗风性能研究

设置新型轨道交通混凝土声屏障是一种非常有效地解决城市轨道交通噪声污染的方法。新型轨道交通混凝土声屏障单元板具有良好的抗风性能是保证声屏障正常工作性能和吸音降噪效果的关键。通过参考最新行业标准和国内外最新计算方法,确定了在正常工作状态下声屏障单元板所需承受的列车气动风压脉动力值。借助有限元软件ANSYS对混凝土声屏障的抗风压性能进行有限元分析,由模拟分析结果表明:在背板和面板承受3.5kPa风荷载时,混凝土的最大拉应力为6.205MPa,钢筋的最大拉应力为17.035MPa,单元板跨中挠度最大为4.96mm;承受最大风荷载7kPa时,混凝土的最大拉应力8.278MPa,钢筋的最大拉应力为22.798 MPa,单元板跨中挠度最大为6.93mm。计算值均小于规范标准值,完全符合工程实际应用要求。