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.     

双块式无砟轨道上拱离缝后动力性能评价

在高速铁路运营过程中,局部双块式无砟轨道道床板和支承层间发生了开裂,并在接触面上因温度变化而产生一定程度的离缝,这会引起道床板的空吊,形成动态不平顺,给行车的舒适性和安全性带来隐患。本文基于 ABAQUS有限元理论,建立了车辆-双块式无砟轨道耦合动力学模型,对比了车辆时速350 km时离缝存在与否两种情况下的车体及轨道结构的振动特性,从车辆运行的安全性以及轮轨系统的动力作用水平等方面来评价分析双块式无砟轨道上拱离缝的影响。研究结果表明：双块式无砟轨道上拱离缝后对行车车辆安全性指标及轨道结构的受力影响较大,需要及时养护维修。     

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。     

偶然荷载对桥上岔区纵连无砟轨道受力和位移的影响

以武广客运专线某特大桥铺设纵连式无砟道岔为例,将1组客运专线18号单渡线道岔、纵连式无砟轨道、桥梁、墩台视为1个系统,建立岔—板—梁—墩一体化计算模型,分析断轨或断板等偶然荷载作用位置对道岔、道床板、桥墩受力和变形的影响。分析结果表明:断轨对墩台纵向力影响较小,但对道床板受力影响较大;一线道床板折断会使另一线的道床板纵向力、墩台纵向力及固结机构纵向力大幅增加,不利于道床板、墩台及固结机构的受力;连续梁桥梁缝处道床板折断对桥墩受力极为不利,故在设计中应避免使道床板在桥上无缝道岔梁缝附近形成最大纵向力。     

桥上长枕埋入式轨道层间连接状态分析

针对桥上单层长枕埋入式无砟轨道的层间连接状态,建立长枕埋入式无砟轨道力学模型,应用有限元法,分析在多种工况作用下道床板和桥面板层间受力情况。结果表明:在整体降温、列车荷载、温度梯度和荷载组合的作用下,板间剪切应力在道床板两端达到最大,并从板边到板中逐渐减小,且道床板厚度的变化对层间连接状态有影响。在荷载的作用下,道床板板端一定范围内剪切应力会超过设计值2.75 MPa,产生层间破坏,影响轨道结构的耐久性,需要配置钢筋或者采取拉毛等措施加强层间连接作用,以使道床板能够正常使用。根据《钢结构设计规范》中钢筋连接件的计算公式对250 mm厚的道床板进行配筋设计,为长枕埋入式无砟轨道的推广使用提供理论依据。     

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。     

双块式无砟轨道裂纹对结构受力特征的影响分析

建立了含初始裂纹的CRTSⅠ型双块式无砟轨道空间有限元实体模型,对无砟轨道的受力特性进行研究,为无砟轨道的优化设计及其养护维修提供一定的理论基础。综合考虑列车荷载和温度应力的共同作用,求出了裂纹张开量和道床板纵向钢筋应力,并分析了裂纹深度和道床板配筋率对裂纹张开量和道床板纵向钢筋应力的影响。得出结论:(1)在列车荷载和整体温降共同作用下,无砟轨道道床板裂纹深度对裂纹张开量和裂纹处道床板下层纵向钢筋应力的影响不明显;(2)在满足最小配筋率的前提下,道床板配筋率对无砟轨道道床板裂纹张开量没有影响;在列车荷载和整体温降共同作用下,道床板配筋率对裂纹处道床板下层纵向钢筋应力的影响也不明显。     

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。     

高原大风地区双块式无砟轨道伤损现状及主要特征

以兰新高速铁路作为研究对象,总结出高原大风地区双块式无砟轨道伤损类型主要为道床板裂缝、轨枕离缝、道床板上拱、支承层混凝土粉化和聚氨酯嵌缝材料伤损,分析其伤损特点及形成原因。同时,对聚氨酯嵌缝材料离缝和无砟轨道道床板裂缝进行了跟踪观测,结果表明,聚氨酯嵌缝材料离缝病害仍在发展,而桥梁段、路基段和隧道段无砟轨道道床板裂缝病害已趋于稳定。     

组合荷载作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道层间离缝影响分析

在车辆荷载和温度作用下,CRTSⅢ型板式无砟轨道由于自密实混凝土层与底座板间产生离缝,发生应力集中和局部变形,对无砟轨道服役状态和使用寿命造成明显影响。基于ABAQUS有限元模型,计算车辆与温度不同荷载组合下,层间离缝横向和纵向发展对无砟轨道结构受力变形的影响,探究伤损演变规律和维修限值。研究结果表明:层间离缝宽度小于1.5m,轨道结构受力和变形的影响很小;离缝发展至两侧钢轨正下方后,轨道结构变形和应力均增大明显;离缝长度大于1.2m,对轨道板出现受拉裂缝和无离缝端上翘;正温度梯度荷载对轨道板弯折变形和自密实混凝土层纵横拉应力以及负温度梯度荷载对轨道板上翘和纵横拉应力均有叠加放大效应。     

双块式无砟轨道裂纹对道床板受力的影响分析

基于路基上双块式无砟轨道的计算力学模型,针对道床板不同宽度和深度情况下的表面裂纹和贯通裂纹,分析在列车荷载作用下道床板开裂前后对道床板受力性能的影响以及在轴向温度荷载作用下含裂纹的道床板受力情况。结果表明,在列车荷载作用下,含裂纹的无砟轨道与无裂纹的无砟轨道相比,道床板混凝土应力有小幅度增加,纵向钢筋应力随裂纹深度的增加而逐渐增大;在轴向温度荷载作用下,随着裂纹宽度的增大,道床板混凝土拉应力及钢筋应力变化较小。     

无砟轨道层间冻胀特性研究

针对严寒、富水地区高速铁路无砟轨道层间冻胀问题,采用有限元软件,利用升温方法对离缝区域材料施加温度荷载使其体积膨胀来模拟冻胀,开展了无砟轨道层间冻胀特性研究。结果表明:无砟轨道层间冻胀可使钢轨、道床板产生类似于半波正弦分布的上拱变形,但对行车平顺性影响较小;层间拉应力随离缝深度的增加在离缝深度小于1. 25 m时增加较快,在大于1. 25 m之后趋于稳定;层间拉应力随离缝长度的增加在离缝长度小于1. 00 m时基本呈线性增加趋势,在大于1. 00 m之后增加趋势变缓;层间拉应力随离缝开口量的增加而线性增加。建议加强富水地段排水措施,对长度大于1. 40 m、深度大于1. 25 m和开口量大于1. 60 mm的离缝及时进行注浆修复,以减小层间离缝的进一步扩展及层间伤损。     

桥上无砟轨道结构形式对无缝道岔的影响分析

介绍桥上无缝道岔轨下基础“门”形筋混凝土道床、带限凸台道床板、底座纵连式道岔板5种无砟轨道结构。建立桥上3种无砟轨道结构的无缝道岔模型,提出计算参数,分析3种无砟轨道结构对桥上无缝道岔受力和变形影响,并进行计算。计算结果表明,桥上底座纵连式无砟轨道结构无缝道岔与桥梁的纵向相互作用力较小,是一种受力较为合理的结构形式。     

CRTSⅡ型板式轨道假缝开裂对轨道受力的影响分析

为分析CRTSⅡ型板式无砟轨道假缝开裂对轨道受力性能的影响,以桥上Ⅱ型板式无砟轨道为例建立模型,应用有限元法,计算分析不同数量和不同深度的假缝裂缝在不同荷载作用下对Ⅱ型板式轨道受力性能的影响。结果表明,对比列车荷载和温度梯度的影响,正温度梯度作用下,假缝开裂对轨道结构的受力影响最大,裂缝深度小于200 mm时,裂缝处混凝土会发生局部受压破坏;裂缝深度达到200 mm时,开裂会导致底座板和砂浆层的连带破坏;随着开裂数量的增加,砂浆层和底座板的应力峰值减小。不同荷载作用下,假缝开裂都会导致裂缝处纵连钢筋应力的突变,但不会导致纵连钢筋的屈服破坏。     

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。     

基于等寿命设计理念的CRTSⅢ型板式无砟轨道配筋优化

针对非预应力轨道板在CRTSⅢ型板式无砟轨道上的适应性开展研究,将组成复合道床板的普通钢筋混凝土轨道板与自密实混凝土层考虑为等寿命的结构层,基于极限状态法对复合道床板进行配筋设计。考虑列车荷载、温度荷载和基础变形的共同作用,确定自密实混凝土层配筋,轨道板配筋时还需考虑其在制造、运输和施工时的受力状态。计算结果表明:自密实混凝土层纵向钢筋由耐久性要求确定,横向钢筋按照最小配筋率进行配筋即可满足要求;理论计算得到的轨道板下层纵、横向钢筋还需根据构造要求进行相应调整;与现有普通钢筋混凝土轨道板对比,优化后的轨道板配筋节约18.4%,复合道床板整体配筋节约4.4%。研究结果可为普通钢筋混凝土CRTSⅢ型板式无砟轨道技术在温暖地区推广使用提供理论支撑。     

纵连板式轨道稳定性分析及上拱整治研究

研究目的:针对持续高温天气下纵连板式轨道上拱变形问题,本文依据弹性薄板理论构建稳定性分析模型,并根据CA砂浆层间黏结强度的内聚力模型,分弹性损伤、层间脱黏以及离缝上拱三个阶段建立系统总能量方程,运用能量变分原理和瑞利-里兹法,确定纵连板式轨道上拱变形的全过程平衡路径及失稳临界条件。研究结论:(1)在运营损伤工况下轨道板失稳的最不利临界温升为20. 53℃;(2)钢轨温度力向上分量对单块轨道板的作用合力达19. 866 kN,对轨道板上拱的影响较为显著;(3)窄接缝破损可导致层间脱黏阶段临界温升降低3. 91%;(4) CA砂浆黏结强度下降20%可导致层间脱黏阶段失稳临界温升下降17. 24%;(5)轨道板纵向阻力由55%降低至10%,最小失稳临界温升可降低32. 81%;(6)轨道板厚度增加10 mm,最小失稳临界温升可提高6. 03%;(7)该研究成果可为纵连板式轨道及其他既有轨道结构的病害整治措施提供理论参考。     

高速铁路隧道无砟轨道上拱整治技术研究

近年来,我国交通建设迅猛发展,复杂艰险山区铁路隧道工程规模庞大,为降低维修养护成本,满足高速铁路运营安全及乘客舒适度的需要,隧道内采用大量的无砟轨道结构,但仰拱施工仍然延续以前的施工生产模式,时有隧底积水、虚砟、欠挖等施工质量缺陷,导致无砟轨道结构开裂、上拱、下沉等病害,严重影响列车运营安全。依托某运营高速铁路隧道,为解决无砟轨道结构上拱的病害,采用现场调查、物探及钻探验证的方法,查明仰拱及填充厚度不足、隧底积水是导致病害段轨道几何位移的主要原因;根据病害段实际情况,采取限速45 km/h、锚杆加固隧道边墙、切断钢轨及道床板(保留支承层)后,设置短轨并利用两端既有的道床板支承层及仰拱填充架设钢垫梁,分段拆换仰拱、填充及支承层,分段现浇道床板,恢复轨道结构,实现隧底病害的彻底整治。     

施工过程中CRTS Ⅱ型轨道板竖向上拱变形研究

研究目的:CRTSⅡ型板式无砟轨道施工过程中,轨道板窄缝浇筑后纵连前,轨道板处于一种偏心受压状态,在温度荷载作用下轨道板容易产生上拱变形现象。本文利用ANSYS软件,建立温度荷载作用下CRTSⅡ型轨道板上拱变形有限元力学分析模型。通过对轨道板上拱变形过程模拟,分析其上拱变形的基本规律,以及砂浆层粘结强度、板边离缝深度和轨道板温度梯度对轨道板竖向上拱临界温升幅度的影响。研究结论:(1)轨道板上拱变形从板端约第一扣件处逐渐向板中蔓延,当达到某一临界温升幅度ΔT时,将导致轨道板与砂浆层的粘结失效而分离;(2)轨道板上拱临界温升幅度随着粘接强度增大而增大,增大轨道板与砂浆层的粘结强度,不仅可以抑制和延缓轨道板上拱的发生,同时可减小板边上拱程度;(3)施工过程中,采取措施减少轨道板与砂浆层的离缝面积,有利于提高轨道板上拱的临界温升幅度;(4)温度梯度的作用会加速轨道板上拱变形;(5)不同温度状态下的轨道板上拱变形现象,可反映出轨道板与砂浆层之间的不同粘结状态;(6)该研究成果对于完善CRTSⅡ型板式轨道的施工技术具有指导意义。     

整体道床无砟轨道现浇道床板新老混凝土黏结面应力分析

对整体道床无砟轨道现浇道床板新老混凝土黏结面的应力状态进行了热—结构耦合分析,分析结果表明,轨枕结构尺寸对现浇道床板新老混凝土结合面的黏结应力有较大影响,为优化现浇整体道床无砟轨道结构提供了参考。