钢管混凝土双块式轨枕无砟轨道结构疲劳性能试验研究

新型钢管混凝土(CFT)双块式轨枕克服了桁架钢筋双块式轨枕存在的生产制造复杂、存放易锈蚀、运营阶段易开裂等问题,可广泛应用于高速铁路和城市轨道交通无砟轨道结构。为检验CFT双块式轨枕无砟轨道结构的疲劳性能,采用11根预制CFT双块式轨枕现浇制作足尺无砟轨道结构节段模型,开展橡胶隔振垫式减振轨道和现浇整体式轨道节段的疲劳试验,揭示其疲劳损伤特性,分析典型疲劳加载循环次数后静载作用下轨道结构应变和变形分布及其演化规律。研究结果表明：1.5倍静轴重的疲劳荷载累计作用500万次后,减振节段及整浇节段CFT双块式轨枕无砟轨道结构混凝土均未出现肉眼可见的裂缝,轨枕与现浇道床整体工作性能良好,疲劳性能满足规范要求;停机开展静载试验过程中轨道结构各测点混凝土横向应变值随荷载增大而近似线性增大,最大拉压应变值均远小于混凝土的极限应变值,工作状态良好;轨道整浇节段道床板中处于整体受拉的状态,可见设置层间连接钢筋实现了道床与底座的共同工作;疲劳试验过程中轨道结构测点竖向位移值总体随着静载的增大而逐渐增大,位移量级较小,满足规范要求,减振轨道节段竖向位移值及其变化率大于整浇轨道节段。研究结果可供类似研究及钢管...     

国内外预应力混凝土轨枕纵裂伤损研究综述

预应力混凝土轨枕作为铁路轨道中重要的部件，目前总体使用效果良好，但也存在不同类型的伤损，其中以纵裂伤损最为突出。本文分析确定了预应力轨枕纵裂伤损的主要特征，归纳了铁路线路中出现的6种纵裂伤损类型，调研和总结了国内外预应力混凝土轨枕纵裂伤损的研究现状及预防措施。结果表明，纵裂伤损的两大主要原因是轨枕结构受力不合理和材料性能劣化，最常见的影响因素是轨枕的预应力过大和混凝土材料的碱骨料反应。此外，轨枕使用的环境条件、后期线路状态、列车疲劳动荷载对轨枕纵裂伤损的发生和发展具有一定的影响。建议轨枕设计时，应在保证承载强度的前提下合理设计轨枕预应力，并配置一定的箍筋；在轨枕生产过程中，应确保原材料的性能以及生产工艺都满足相应规范的要求。     

掺超细粉煤灰高性能混凝土Ⅲ型轨枕的力学性能试验研究

对掺超细粉煤灰的HPC Ⅲ型轨枕和普通C Ⅲ型轨枕的力学性能,如枕中和枕下截面的抗裂、极限承载力、轨枕端部局压和轨枕的疲劳性能进行了对比试验研究。试验表明,各种龄期HPC Ⅲ型轨枕与C Ⅲ型轨枕枕中和枕下的开裂荷载与极限承载力均比较接近,满足标准的要求。还对轨枕端部进行了非线性有限元分析,分析很好地验证了试验结果,分析与试验结果均表明,轨枕端头局压破坏为主拉劈裂破坏,试验实测的超细粉煤灰HPC Ⅲ型轨枕端部局压的极限承载力远大于锚固板设计最大张拉预应力,有较大的安全储备。HPC Ⅲ型轨枕的疲劳性能与C Ⅲ型轨枕的相近,HPC Ⅲ型轨枕的疲劳残余裂缝宽度略小于C Ⅲ型轨枕。     

预应力混凝土轨枕C60混凝土配合比优化设计

采用对比试验方法研究了预应力轨枕混凝土在掺加15%矿渣粉前后的各项性能,并分析了矿渣粉在蒸养环境下的作用机理。结果表明:在相同蒸汽养护条件下,预应力轨枕混凝土在掺加矿渣粉后,混凝土脱模抗压强度和28 d抗压强度比基准混凝土分别提高8.8%和12.5%;轨枕芯部温度降低3.4℃,满足规范要求;脱模弹性模量降低4.4%,28 d弹性模量降低3.6%,轨枕静载抗裂性能得到提高。掺加矿渣粉的高强混凝土各项耐久性能指标均满足规范要求。     

重载铁路WJ-12型扣件TPEE垫板结构优化设计

为解决重载铁路WJ-12型扣件弹性垫板压溃、疲劳后扣件静刚度变化率超限、混凝土轨枕承轨面磨损等问题,对现有热塑性聚酯弹性体（Thermoplastic Polyester Elastomer,TPEE）垫板进行结构优化设计。优化后,TPEE垫板的厚度和面内尺寸保持不变,单个凸台面积增大。采用有限元软件建立TPEE垫板静刚度计算模型和钢轨-TPEE垫板-轨枕耦合模型,对优化前后TPEE垫板的静刚度和TPEE垫板与轨枕的耦合应力进行计算,并通过室内试验对比优化前后TPEE垫板及扣件的静刚度和300万次疲劳试验后的静刚度变化率。结果表明：优化后,TPEE垫板静刚度为47.3 kN/mm,疲劳试验后的TPEE垫板和扣件静刚度变化率均小于20%,满足规范要求;优化后TPEE垫板和轨枕表面受力更为分散、合理,二者相互作用减小。     

复合轨枕无砟轨道疲劳试验研究

复合轨枕无砟轨道是一种新型轨枕无砟轨道结构,通过开展复合轨枕无砟轨道疲劳试验研究其疲劳性能。试验建立复合轨枕无砟轨道实尺模型并对其施加300万次疲劳荷载,观察轨道各部件在疲劳加载前后的伤损情况,测试疲劳加载前后钢轨、复合轨枕、道床板相对位移变化、轨距变化和道床板受力变化。试验结果发现:无砟轨道及其各部件在疲劳试验中均未出现疲劳损伤;轨道结构部件位移在加载前期略有波动,后逐渐减小并趋于稳定,道床板受力满足规范要求。研究结果表明:复合轨枕无砟轨道具有一定耐久性,为其进一步推广和应用奠定了基础。     

对预应力混凝土枕中碱骨料反应的探讨

对预应力混凝土枕中碱骨料反应的探讨铁道部太原轨枕厂孙月清，张奇男，魏宜龄在混凝土工程中，由于开裂影响耐久性，造成工程损失，国内外都有很多实例。以往为解决裂纹缺陷，曾多次调查研究提出措施，但大多着眼于结构和工艺操作方面，裂纹问题未能彻底解决。近年来人们...     

双块式轨枕混凝土热损伤机制及配合比优化研究

针对双块式轨枕存在的挡肩开裂、表面龟裂和成型面起皮等问题,对混凝土配合比进行优化,对比研究了优化配合比混凝土与基准混凝土静停后自由含水率、水化早期贯入阻力、养护过程的热胀变形、电通量和微观孔结构间的差异,并阐述了双块式轨枕混凝土热损伤作用机制。现场应用结果表明优化配合比混凝土轨枕外观质量良好,各项指标满足规范要求。     

基于美标的铁路宽轨距轨枕结构设计与计算

研究目的:基于美国相关规范研究1 667 mm宽轨距轨枕的结构设计,根据基本参数和规定,确定轨枕外形设计原则,基于美国AREMA计算方法计算分析轨枕荷载弯矩,根据外形尺寸和配筋,计算分析轨下及枕中截面承载力弯矩及静载试验值等,为轨枕试验提供依据,确定满足美标要求的宽轨距轨枕的基本设计方法。研究结论:(1)设计的宽轨距轨枕其外形尺寸及钢筋用量满足轨枕供货技术要求;(2)根据美标计算方法,确定了设计的轨枕的承载力弯矩和试验荷载值;(3)计算结果表明,轨枕承载力弯矩大于荷载弯矩;(4)轨枕静载试验及疲劳试验表明,轨枕符合正负弯矩试验的要求和抗疲劳要求;(5)计算与试验表明,设计的宽轨距轨枕满足美标的要求和阿根廷铁路项目使用要求。     

低温环境下铁路钢桥疲劳断裂性能研究

针对青藏铁路修建中遇到的钢结构抗疲劳问题，以364根试件的裂纹尖端张开位移试验（CTOD）、702根试件的夏比V型缺口冲击试验（CVN）以及24mm钢板对接焊缝疲劳裂纹扩展速率试验的数据为依据，研究-50℃低温环境下铁路钢桥的疲劳断裂性能。采用常规疲劳试验和数据分析方法会得出“低温疲劳性能好于常温疲劳性能”的错误结论。断裂力学理论分析的结果表明，在相同应力条件下，低温时的疲劳容许裂纹长度（17mm）远小于常温情况（56mm）；相同疲劳循环次数下-50℃与常温的疲劳应力幅的比值为0．88；低温下裂纹稳定扩展区和急剧扩展区的交界点前移。根据研究结果确定，-50℃低温环境下钢桥的疲劳设计可采用现有桥梁钢结构规范规定的公式，但其疲劳容许应力幅取现行规范规定的常温值的80％，同时还应满足相应的构造细节设计及制造的特殊规定。     

高速铁路大跨度钢桥上树脂枕轨道方案研究

研究目的:为了研究树脂轨枕应用于高速铁路大跨度钢桥上的可行性,采用有限元方法建立树脂枕轨道结构模型,根据钢轨位移、应力、弯矩、扣件安装空间以及轨枕与桥梁间的连接空间等方面的要求,对树脂轨枕的高度、宽度、长度、支承间距、缓冲垫层刚度等进行分析研究,提出适合高速铁路大跨度钢桥上树脂轨枕的合理参数取值。研究结论:(1)轨枕宽度主要取决于其经济性和扣件安装空间,取200~300 mm即可满足轨道使用的力学要求;(2)轨枕高度对轨枕弯曲应力有较大影响,为保证部件可靠性,建议轨枕高度取210 mm及以上;(3)枕下横向支点间距对轨道刚度、轨枕弯矩、动态轨距变化量影响很大,树脂轨枕的支点应尽量贴近钢轨中心线,避免轨枕支点力作用在两支点间的悬空部分;(4)枕下缓冲垫层刚度对轨道垂向位移影响较大,为了防止轨枕的垂向位移过大,垫层刚度应保证在750 kN/mm及以上;(5)该研究结果可应用于高速铁路大跨度桥上轻型轨道结构设计中,为类似工程提供参考。     

列车制动系统杠杆螺栓用17Cr16Ni2不锈钢疲劳裂纹扩展规律

针对Paris幂律方程计算获得的疲劳裂纹扩展速率在扩展后期小于真实值的问题,以列车制动系统杠杆螺栓用17Cr16Ni2不锈钢为研究对象,进行空气中以裂纹尖端应力强度因子范围△K为驱动参量的疲劳裂纹扩展速率da/d N试验研究,建立相应的da/d N-△K曲线方程,并采用扫描电镜观察分析试样断口。结果表明：有效da/d N相应的△K近似为16～90 MPa·m^1/2,当△K约为16～72 MPa·m^1/2时,da/d N-△K数据分布可以较好地用Paris幂律方程表达;当△K约为72～90 MPa·m^1/2时,由于驱动力越来越大,试样裂纹尖端附近因屈服区过大而不满足Paris幂律方程所要求的小范围屈服条件,使得da/d N-△K数据逐渐偏高于Paris幂律方程曲线;在整个有效△K内,da/d N-△K数据分布可用递增多项式表达;在疲劳裂纹扩展后期,试样断口呈现大量撕裂棱、二次裂纹、疲劳辉纹等微观特征,表明裂纹尖端附近应力越来越大,致使其附近塑性区也越来越大,不再满足小范围屈服要求,从微观上佐证了疲劳裂纹扩展后期用断裂力学法...     

40 t轴重重载铁路预应力混凝土轨枕设计研究

我国具有25 t和30 t轴重重载铁路预应力混凝土轨枕的设计和运营经验,但对于40 t轴重重载铁路混凝土轨枕仍缺乏相关技术储备。为配合我国重载铁路"走出去"战略,本文基于对国内外混凝土轨枕设计标准的对比分析,开展了40 t轴重重载轨枕的设计研究。研究结果表明:对于40 t轴重重载铁路典型工况,按照北美地区混凝土轨枕的设计标准计算出的轨下截面正弯矩显著高于按照欧洲和中国标准的计算结果;按照中国混凝土轨枕的设计标准设计完成的40 t轴重重载轨枕轨下截面正弯矩和枕中截面负弯矩承载能力分别为35.6,22.3 kN·m,与适用于25,30 t轴重重载铁路的Ⅲa型、Ⅳa型轨枕相比,该轨枕在质量提高相对不大的情况下,满足设计承载要求。然后按照北美地区轨枕标准的规定进行了一系列室内试验验证,试验结果均满足标准要求。     

动荷载与水耦合作用下无砟轨道混凝土层间裂纹扩展研究

随着高速铁路的大范围应用,无砟轨道在列车荷载与水耦合作用下的水致损伤问题备受关注。为研究列车荷载与水耦合作用下无砟轨道层间裂纹扩展现象,运用有限元软件进行无砟轨道层间裂纹扩展分析,开展动荷载与水耦合作用下的混凝土层间裂纹扩展试验。研究结果表明:裂纹尖端疲劳寿命与列车速度呈二次方关系,随列车轴重增加,裂纹尖端疲劳寿命显著降低;裂纹尖端剪应力随裂纹深度增大呈高次方增长;裂纹扩展初期尖端多呈一定弧度,裂纹局部会伴有压溃现象;混凝土层间裂纹沿界面扩展时为折线形,并可能会产生裂纹分叉,最终导致裂纹面掉块现象发生。     

高性能混凝土轨枕应用试验研究

在混凝土中掺加Ⅰ级粉煤灰、磨细水淬矿渣粉及复合型高性能混凝土外加剂,配制轨枕用C60混凝土,可在保证轨枕静载、疲劳等力学性能不降低的前提下,提高混凝土的工作性及长期与耐久性能,同时可明显改善轨枕的抗裂性和疲劳稳定性能,从而大幅度地提高混凝土轨枕的使用寿命。     

双块式无砟轨道轨枕成段开裂整治技术研究

受相关因素的影响,一高速铁路CRTSⅠ型双块式无砟轨道采用的SK-2型轨枕出现了成段开裂现象,严重影响了行车安全。依据相关规范对SK-2型双块式轨枕的混凝土抗压强度、轨枕挡肩混凝土抗剪能力、轨枕承轨台纵向抗剪能力进行了受力检算,并结合该高速铁路线路实际情况提出了病害整治方案。结果表明:在承受的最不利荷载作用下,SK-2型双块式轨枕的混凝土抗压强度、轨枕挡肩混凝土抗剪能力、轨枕承轨台纵向抗剪能力均满足要求,轨枕的设计满足本线使用要求,建议整治时更换的新轨枕维持原设计;结合现场实际,提出了单根轨枕更换及通过拆除道床板实现轨枕连续更换的病害整治方案。     

基于DIC混凝土轨枕和复合轨枕受弯特征分析

轨枕是轨道结构重要组成部分,在上部荷载和下部道砟共同作用下处于受弯状态,常产生裂纹,增加维修费用,影响行车舒适性和安全性。采用数字图像相关技术(Digital Image Correlation),通过三点弯曲试验,分析Ⅲ型预应力混凝土轨枕、FFU复合轨枕受弯特征、裂纹发展过程和裂纹开口位移。研究结果表明:数字图像相关技术在位移和裂纹测试中具有高精确性;混凝土轨枕在加载初期处于弹性阶段,刚度大,随荷载增加,裂纹不断发展,刚度逐渐减小,抵抗变形能力下降,裂纹开口位移增加速率逐渐增大;FFU复合轨枕受弯过程中始终处于弹性状态,裂纹产生原因为层间分离,裂纹开口位移增加速率在裂纹开口完全分离时增加,之后保持不变。     

齿轨铁路活性粉末混凝土轨枕结构与力学性能研究

齿轨铁路以其爬坡能力强、缩短线路长度、占地面积小等技术优势,在我国以观光旅游为主的大坡度山地轨道交通领域具有广阔的应用前景。齿轨铁路轨枕是轮轨系统重要传力部件,其受力特点和应用环境与普通铁路轨枕区别较大,基于山地齿轨铁路的工程特点,通过分析齿轨铁路轨枕技术需求和活性粉末混凝土用于齿轨轨枕的性能特点和设计配比,提出齿轨铁路活性粉末混凝土轨枕结构方案,并通过理论分析和试制试验研究了轨枕结构的力学性能。结果表明,山地齿轨铁路轨枕应满足轨排结构稳定性保持能力、较高的结构强度、易于养护维修、较好的抗震性能的技术需求。活性粉末混凝土具有超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定性良好的材料特点,采用RPC140混凝土,8根?7 mm螺旋肋钢丝双层配筋,截面高度160 mm的混凝土轨枕结构,可满足12 t设计轴重、40 km/h最大时速的齿轨铁路承载能力要求。     

钢桁梁焊接构造细节的疲劳性能及基于XFEM的疲劳寿命评估

通过3组共9个试件的疲劳试验,研究沪通长江大桥主桁对接杆件中过焊孔构造细节的疲劳性能,通过扩展有限元方法(XFEM)结合断裂力学方法对过焊孔构造细节裂纹扩展阶段的疲劳寿命进行预测。研究结果表明:过焊孔与翼缘板-腹板焊缝交叉处的焊趾是过焊孔构造细节疲劳性能的薄弱环节;试验测得该细节对应200万次荷载循环的疲劳强度小于欧洲规范对类似构造细节的规定,过焊孔处腹板-翼缘板的角焊缝质量对构造细节的疲劳强度有重要影响;采用XFEM结合断裂力学方法预测疲劳裂纹扩展阶段的寿命与测试结果较吻合,可以作为疲劳寿命评估的手段。     

超细粉煤灰高性能混凝土Ⅲ型轨枕徐变性能研究

通过超细粉煤灰高性能混凝土Ⅲ型轨枕的长期试验，研究了超细粉煤灰高性能混凝土Ⅲ型轨枕的收缩、徐变性能及其规律，探讨了温度、湿度、加载龄期等因素对超细粉煤灰高性能混凝土Ⅲ型轨枕徐变的影响，以及收缩徐变对轨枕中预应力损失和轨枕使用期间开裂荷载的影响，研究结果表明，超细粉煤灰高性能混凝土Ⅲ型轨枕的长期性能良好，满足Ⅲ型轨枕技术条件的要求，具有良好的社会和经济效益。