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。     

极端高温天气下CRTS Ⅱ型板式无砟轨道温度分析

为了解极端高温天气下无砟轨道结构温度分布,在上海地区对CRTSⅡ型板式轨道温度进行实时监测,分析轨道结构自上而下温度分布及其随时间的变化特性,统计得到极端高温下计算轨道板表面温度的经验公式。研究结果表明:在日间气温达到40℃的高温天气下,轨道板表面温度最高接近60℃,轨道板底面温度峰值与表面温度峰值存在5 h的滞后,轨道板上下表面最大正温差出现在14:00左右,约为18℃,最大负温差出现在05:00左右,约为-7℃;轨道结构温度沿垂向呈非线性分布,且在距轨道表面0～0. 3 m,非线性程度显著;轨道板表面温度经验公式具有较好的实用性。     

双块式无砟轨道早期温度场分布及开裂机理分析

双块式无砟轨道道床板会出现早期开裂现象,该病害与轨道早期温度场分布特性有关。为明确轨道早期温度场分布特性,基于热工学原理和气象测试数据,考虑双块式无砟轨道的施工特点,建立早期温度场计算模型,并对早期温度场分布特性进行分析。结果表明:道床板浇筑完成后温度场呈先增加后减小的变化趋势,其最高温度约出现在第21 h时刻,且比日最高气温高10.6～12℃。道床板温度梯度沿着垂向呈线性分布,而沿横向呈明显的非线性分布特征,最大横向温度梯度出现在道床板与轨枕界面处,其值可达67℃/m。在该温度梯度荷载下,会出现道床板与轨枕界面早期开裂,随后应力集中转向轨枕角处,并进一步发展为道床板表面横向贯穿裂缝。     

持续高温作用下CRTSⅡ型无砟轨道层间离缝分析

在夏季持续高温天气下,CRTSⅡ型板式无砟轨道由于温度梯度的持续作用,轨道板与砂浆层之间易产生层间离缝。基于现场气温与轨道板温度梯度实测数据,采用有限元建模计算分析持续正温度梯度作用下轨道板与砂浆层间离缝产生和发展的特征。研究结果表明:持续高温天气期间,轨道板温度整体高于气温,且温度力作用过程中正温度梯度虽未超过规范规定的轨道板设计正温度梯度90℃/m,但轨道板与砂浆层之间仍能产生层间离缝。通过比较,持续高温与温度梯度90℃/m作用下,两者层间损伤程度较为接近,且靠近板角位置层间离缝现象比其他位置更加严重。建议工务部门重视持续高温对无砟轨道工作性能的影响。     

CRTSⅢ型无砟轨道冬季温度场特性

为研究CRTSⅢ型无砟轨道温度场分布规律,在昌赣客运专线外进行足尺无砟轨道板温度场监测,基于统计学原理分析冬季轨道结构温度变化规律并提出适合CRTSⅢ型无砟轨道的竖向温度梯度预估模型.研究结果表明:CRTSⅢ型无砟轨道结构温度场受外界环境影响较大,其中轨道板顶面温度变化最为明显,沿深度方向各结构层温度峰值有明显的滞后现象;竖向温度梯度大于横向温度梯度,对结构温度影响起主导作用;日太阳辐射总量和最大温度梯度具有较好的相关性,据此建立了冬季日最大温度梯度经验回归公式,可为不同气候条件下的CRTSⅢ型无砟轨道的温度梯度研究提供参考.     

成都地区双块式无砟轨道温度场特性研究

为获取成都地区双块式无砟轨道温度场分布特征,在成都市郊设立一段CRTSⅠ型双块式无砟轨道,进行连续一年的温度和气象要素实时观测,对不同季节轨道结构内部温度与气象要素的对应关系进行综合分析。研究结果表明:晴天时轨道结构内部的温度随气温的变化呈周期性波动,轨道结构垂向上相邻2层温度极值出现的时间依次滞后,而阴雨天时周期性变化规律不明显,说明道床板温度主要受太阳辐射影响,特别是道床板表面以下50 mm范围内;道床板板角、板边及板中的温度日变化幅度与气温日变化幅度均呈线性相关关系,道床板日温度荷载取值建议参照道床板中部实测数据选取;道床板垂向温度荷载模式呈指数函数分布;利用多元线性回归分析的方法得到道床板垂向最大正温度梯度耦合预估模型,其相似度高于0.85,可用于工程结构设计荷载的预估。     

严寒地区CRTSⅠ型板式无砟轨道温度场分析

为研究严寒地区夏季、冬季极端天气条件下,CRTSⅠ型板式无砟轨道温度场分布问题,应用Abaqus有限元软件,基于气象数据和热传导理论,建立CRTSⅠ型板式无砟轨道三维瞬态温度场计算模型,分析板式无砟轨道横、竖向温度场分布情况.得到以下结论:(1)CRTSⅠ型板式无砟轨道瞬时温度场呈对称分布,轨道板内部温度场变化情况滞后...     

线路环境对双块式无砟轨道道床板温度场影响

研究目的:双块式无砟轨道结构道床板各表面接受太阳辐射热流密度与线路方向及地理纬度具有密切关系,本文基于太阳辐射及边界换热理论,结合试验数据,通过ABAQUS有限元软件建立路基地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构温度场分析模型,以探究不同线路方向及地理纬度对双块式无砟轨道道床板温度场的影响。研究结论:(1)当道床板侧表面法线方向与正南方向的夹角时,道床板横向温度梯度与竖向温度梯度均处于最不利工况;(2)当时,道床板整体温度梯度相对于原点的偏度标准值最小,为14.138℃/m,离散程度标准值最大,为10.446℃/m。此时道床板整体温度场处于最不利工况;(3)道床板横向温度梯度和竖向温度梯度,高纬度地区较低纬度地区更为不利,内陆地区较临海地区更为不利;(4)在高纬度内陆地区,道床板的温度梯度较大,且正负分布变化较快,道床板温度场处于最不利工况;(5)该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。     

无砟轨道路基持续上拱整治技术

部分高速铁路无砟轨道路基存在上拱变形量较大且持续不收敛,超出轨道可调节能力的问题。本文提出了一种采用变梯度结构EPS混凝土板整治路基持续上拱的方法,根据测量结果实施了开挖置换方案及后期维修。通过数值模拟分析了变梯度结构板的应力及变形。结果表明:该方法可以快速整治路基持续上拱变形,后期维修简单易行,可长期确保轨道平顺性;变梯度结构板最大应力及变形分别满足EPS混凝土强度及高速铁路变形要求。     

无砟轨道桩板结构路基设计计算

鉴于无砟轨道桩板结构路基没有相应的设计规范,在分析其结构特点和使用要求的基础上,借鉴相关行业标准和研究成果,将荷载分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载,提出按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合,取各自的最不利组合以分项系数形式的表达式进行桩板结构路基设计计算。对荷载分项系数、组合值系数、准永久值系数以及结构抗力设计值和正常使用规定限值提出建议值。建议:承载板长度宜取20~50 m、厚度宜取0.5~0.8 m,并按一定原则设置;桩间距纵向宜取5~10 m,横向宜与线间距相对应;设置过渡段以满足过渡衔接处差异沉降和竖向转角要求。     

框架梁式无砟轨道锚固支承结构计算分析

为选择适合我国到发线的无砟轨道结构,在无砟轨道再创新的基础上,结合发线无砟轨道结构的技术特点及技术要求,提出框架梁式无砟轨道。它是一种适合高速铁路桥上车站到发线的新型无砟轨道形式,自下而上依次由底座板、预制框架梁、锚固支承结构、扣件、钢轨组成。在充分考虑框架梁式无砟轨道结构系统特点、受力机理基础上,利用有限元法,建立了框架梁式无砟轨道结构的静动力学分析模型,考虑在列车荷载、温度荷载及桥梁挠曲荷载组成的不同工况作用下,对所设计的不同框架梁与底座板的锚固支承结构方案进行对比分析。研究结果表明:静力计算抗剪销+5对胶垫方案最优,L型支座+5对胶垫方案次之,抗剪销+CA砂浆方案最差,但这3种方案相差不大。     

弹性长枕无砟轨道垂向动力学计算分析

建立弹性长枕无砟轨道的梁—梁—板模型,计算垂向位移、加速度与行车速度的关系,扣件瞬时上拔力与行车速度的关系,垂向位移、加速度与扣件、枕套和路基刚度的关系,垂向位移、加速度与长枕、道床板质量的关系等;分析无砟轨道弹性长枕在不同扣件、枕套、地基刚度和不同弹性长枕、道床板质量下的动力响应;找出扣件、枕套、地基刚度及弹性长枕、道床板质量与垂向速度、加速度、轨枕侧滚等的关系。在弹性长枕、道床板质量和扣件、枕套、地基刚度不变情况下,计算列车不同速度下各垂向动力响应,找出列车速度与垂向位移、加速度的关系。     

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。     

无砟轨道专利技术趋势分析

无砟轨道技术是高速铁路建设的核心技术之一，技术领域技术创新反映于专利偏好。通过分析世界专利数据库中无砟轨道专利技术信息，表明世界无砟轨道技术经历约半个世纪的发展，整体技术仍呈不断发展趋势，其技术核心集中在E01B组的E01B1，E01B29，E01B57和E01B19小组，其中，中国、德国、日本等国均已各自形成技术优势。     

高速铁路无砟轨道振动分析

研究目的:通过建立考虑线路随机不平顺的轨道结构连续双层梁模型,提出分析高速铁路弹性支承块式无砟轨道结构振动的数值方法,为无砟轨道结构设计提供指导.研究结论:对轨道结构振动方程进行傅里叶变换,求解傅里叶变换域中的振动位移,再通过快速离散傅里叶逆变换得到轨道结构的振动响应.线路随机不平顺是根据实测的功率谱函数在计算机上生成的.相对于其它复杂的车辆-轨道耦合动力学模型,该方法简单可行,借助于Matlab软件使得程序编制容易实现,且能反映轨道振动的基本规律和特点,尤其适合于整趟列车通过时轨道结构振动分析的情况.作为应用实例,对高速铁路弹性支承块式无砟轨道进行了振动分析,分析了线路不平顺等级、轨枕垫板和弹性扣件刚度、轨道基础刚度和列车速度对轨道振动的影响,得到了轨枕块橡胶垫板静刚度和橡胶套靴静刚度的合理设计值范围分别为60～90 MN/m和120～150 MN/m.     

无砟轨道造价指标分析

无砟轨道能满足高速行车的技术要求,已成为客运专线普遍采用的轨道形式,国内高速铁路在经过近几年来的不断摸索和创新后,无砟轨道技术日趋成熟。针对我国铁路已经应用的几种无砟轨道类型,从造价指标的角度,结合轨道结构、施工便利程度、工程量等因素,为无砟轨道类型的比选提供参考依据。     

无砟轨道钢轨阻抗特性影响因素分析

轨道电路被广泛应用于高速铁路控制系统,以检查高速铁路是否被机车占用,并保证行车安全。钢轨阻抗是轨道电路重要的一次侧参数,本文结合有限元及电路方法,提出求解无砟轨道钢轨阻抗的有限元电路综合法,建立无砟轨道钢轨阻抗的计算模型,并研究频率、土壤电导率、钢筋埋地深度及钢筋疏密等参数对钢轨电阻和电感的影响规律,分析这些参数对钢轨电阻和电感的影响程度,得出用以指导无砟轨道铁路设计的结论。     

双块式无砟轨道道床板早期温度场特性研究

研究目的:为探究道床板早期温度场变化特性,确定温度应力的起点温度,本文建立无砟轨道温度场计算模型且用试验验证模型的准确性,并考虑道床板混凝土水化热效应及养生方式的影响,计算分析浇筑初期道床板零应力温度等指标。研究结论:(1)在道床板混凝土浇筑前3天水化热对早期温度场影响显著,道床板在不同浇筑时刻的零应力温度差别显著,T_1最大值一般出现在4:00～8:00时间段内浇筑的混凝土中,最小值一般出现在20:00左右浇筑的混凝土中,上午浇筑的混凝土比下午浇筑的T_1值高;(2)塑料薄膜养生下道床板的早期温度T_1、T_(max)最大,自然养生和绝热养生次之,土工布养生最小,土工布和塑料薄膜养生下的板中T_1、T_(max)均高于浇筑温度20℃左右;(3)浇筑温度对道床板零应力影响较大,取浇筑温度为初始温度的方法会大大低估降温幅度值;(4)本研究成果可为双块式无砟轨道的设计、施工及养护维修工作提供一定的理论依据。     

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。     

桥上纵连板式无砟轨道挠曲力计算分析

根据桥上纵连板式无砟轨道的结构特点,基于有限元方法建立桥上纵连板式无砟轨道挠曲计算模型,计算温度荷载下的挠曲力,分析列车荷载作用长度、活载入桥方式对挠曲力的影响,研究桥上纵连板式无砟轨道在挠曲力作用下的梁轨相互作用规律。结果表明:桥梁挠曲变形所引起的钢轨纵向附加力较小,其中简支梁桥上钢轨挠曲附加力不超过21.6 kN,连续梁桥上钢轨挠曲附加力不超过24.0 kN;在进行部件的受力检算时,应根据具体的部件选用伸缩力或挠曲力;与桥上有砟轨道及单元板式无砟轨道有较大不同的是,还需要根据不同的检算部件寻求最不利的挠曲力列车荷载加载方式;建议采用活动端迎车进行加载。