销钉锚固后CRTSⅡ型板宽窄接缝损伤及锚固方案优化研究

CRTSⅡ型板上拱主要采用销钉锚固进行整治,但缺乏完善的整治理论,为此基于混凝土塑性损伤理论和内聚力理论研究锚固后宽窄接缝的损伤特点,利用有限元模型研究不同锚固方案下轨道板的稳定性和销钉受力,在此基础上提出更优的锚固方案。研究结果表明：销钉锚固后窄接缝仍可能完全破损,损伤形式和程度与锚固前相同;同一块板上锚固点的数量对轨道板稳定性和销钉受力影响较小;第1个锚固点离损伤的宽窄接缝越远,轨道板稳定性越差,超过第3根轨枕时,轨道板上拱位移超限,但销钉上拔力可降低40%;同一锚固点销钉数量对轨道板稳定性影响较小,但增加销钉数量可明显改善其受力,销钉数量由1增至3时上拔力降低45%;综合轨道板的稳定性及销钉受力,建议在损伤的宽窄接缝附近第2根轨枕处用3根销钉进行锚固。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道植筋修复方案优化研究

服役于自然环境下的纵连无砟轨道对温度荷载具有较强敏感性,在夏季高温作用下易产生轨道板上拱与层间相对变形等病害,严重影响列车运行安全。对服役状态下CRTSⅡ型板式无砟轨道进行植筋加固是现阶段控制轨道病害的主要措施。为研究植筋锚固方案的可行性,试验分析植筋后轨道板与砂浆层之间粘结性能变化规律。基于试验,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道植筋锚固修复有限元模型,确定了最优的植筋数目和植筋位置。结果表明：轨道板植筋数量超过8根时,对抑制轨道板高温上拱变形的效果无明显差异;建议工务部门在植筋修复后,进一步关注植筋孔与接缝等位置处的开裂与破坏。     

CRTSⅡ型板销钉锚固限位与受力特性分析

通过建立CRTSⅡ型板高温上拱稳定性及销钉锚固性能综合分析模型,研究销钉尺寸和数量等对下轨道板上拱位移和受力的影响,提出合理的销钉锚固布设方案。研究结果表明:植入销钉可有效控制轨道板上拱变形,并使销钉结构受到应力集中作用,锚固区轨道板局部横向受拉、纵向受压;销钉直径越大,对轨道板的位移限制能力越强,但同时增大轨道板受拉破坏的风险;销钉的布置方式对轨道板局部应力无明显影响,但抑制板上拱位移效果有所差别。为保证高温下CRTSⅡ型板的服役状态,结合现场实际温度选用4组以上的销钉较为有利。     

抬板法在CRTSⅡ型板式无砟轨道维修中的应用

结合京沪高铁CRTSⅡ型板式无砟轨道区域沉降问题,提出适用于大范围轨道板高度提升的抬板法维修方案。首先阐述抬板法施工原理,其次对竖向锚固、轨道板解锁、轨道板抬升、植筋锚固、板底注浆、接缝浇注、轨道板连接、轨道精调等施工方案进行说明,最后介绍抬板法的施工组织。     

客运专线桥梁CRTSⅡ型板式无砟轨道板纵连施工技术

津秦铁路客运专线桥梁轨道结构采用CRTSⅡ型板式无砟轨道板,板间通过纵向张拉进行连接。CRTSⅡ型板间纵向连接前,先进行窄接缝施工,强度达到设计要求后,逐级张拉锚固,最后施工宽接缝及灌浆孔。施工过程中,通过严格的温度控制和绝缘检测,保证轨道板各接缝严密,无离缝及起拱现象。     

纵连板式轨道-销钉体系动力响应及参数影响分析

销钉锚固是纵连式轨道板离缝上拱病害的主要整治措施。为了评估销钉锚固后对轨道动力响应的影响,进一步优化锚固方案。建立车辆-轨道-销钉体系耦合动力学有限元模型,研究有无销钉及不同层间状态下轨道系统及销钉的动力响应,分析不同销钉锚固参数对轨道系统动力学的影响。研究结果表明：轨道板与CA砂浆层层间状态良好情况下植入销钉对于轨道系统的动力响应无明显影响;当层间产生离缝时,销钉锚固措施能有效对轨道结构进行限位,提高轨道结构的稳定性;在离缝2 mm的工况下,销钉锚固措施使钢轨垂向向上位移降低81%,但销钉交替承受上拔力与压力,上拔力是层间脱黏状态下的2.3倍,压力是极限承载力的24%,建议及时对离缝进行修复;销钉的抗拔刚度越大,销钉锚固体系的限位能力越强,但销钉承受的垂向力也越大,易造成销钉失效,建议锚固销钉抗拔刚度在20～80 kN/mm。     

高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道高温变形及损伤机理研究

为研究CRTSⅡ型板式无砟轨道在系统升温及温度梯度共同作用下的温度变形特征及损伤失稳机理,采用有限元分析手段,建立连续12块板总长度约80 m的轨道结构理论分析模型,提出接缝处的钳口形受力机制,并分别对窄接缝均匀和不均匀损伤条件下轨道结构的温度变形特征进行计算分析。结果表明:钳口效应将加速窄接缝的压溃;不同的接缝损伤工况组合引起不同形态的轨道结构变形;板端偏压力线上移进入宽接缝内容易导致板端劈裂。     

弱纵连下CRTS Ⅱ型板式无砟轨道解锁温度研究

在弱纵连施工过程中,为了避免轨道板凿除宽窄接缝后在解锁位置发生较大的位移变形,有必要明确不同解锁条件、不同解锁温度下轨道结构的受力变形特征,指导现场施工。基于梁轨相互作用原理和有限元法,建立无砟轨道-多跨简支梁桥精细化模型,利用有限元软件中“生死单元”的功能分步骤解锁轨道板,研究桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道在不同解锁工况下轨道结构受力变形规律,据此分析得出合理解锁条件及解锁温度,并对应仿真计算中板端植筋工况,在预加固植筋地段进行了现场解锁实验。研究结果表明：不松开钢轨扣件,解锁板温在初始施工锁定板温±5℃范围内,可以直接解锁宽窄接缝;解锁板温在初始锁定板温±5℃之外,轨道板纵向位移不满足规范限值要求,需严格控制解锁温度;松开扣件解锁轨道板,轨道结构整体受力变形增大,轨道板纵向位移超过规范允许限值,建议解锁时不松开钢轨扣件;板端植筋有利于减小解锁后结构的受力变形,但轨道板纵向应力除外,板端植筋可作为解锁时的预防性手段。现场试验表明,解锁时轨道板板端植筋,宽窄接缝位置处轨道板间相对位移几乎不发生变化。研究成果对于CRTS Ⅱ型板式无砟轨道高温胀板病害提出了一种新的解决思路—弱纵连CRTS...     

CRTSⅡ型板式无砟轨道胀板机理及整治措施深化研究

CRTSⅡ型板式无砟轨道在高温季节起拱、胀板,危害运营安全。基于运营及养护维修实践,分析得出温度荷载是轨道板胀板的主要因素,其中整体升温荷载引起结构纵向伸缩变形,温度梯度荷载引起轨道板翘曲变形。另外,轨道板与CA砂浆层间受到水、温度荷载、列车荷载等外部因素作用,导致结构分层,轨道板与底座板不能共同受力,削弱了纵连轨道结构体系的整体抗压刚度、竖向约束和稳定性能,是胀板病害进一步发展恶化的次要因素。为了有效防止CRTSⅡ型板式无砟轨道胀板,在不破坏设计结构的前提下,提出轨道板预先植筋加固处理的整治措施,并在实践中取得了良好的效果。后续可根据胀板机理,进一步开展隔热涂层、CA砂浆改性等方面的研究。     

高温荷载下植筋加固CRTS Ⅱ型板式无砟轨道变形及损伤规律

采用拉拔试验,研究不同强度等级混凝土基材内销钉与混凝土的黏结应力-滑移本构关系,并将其应用于植筋加固CRTS Ⅱ型板式无砟轨道有限元模型,分析高温荷载作用下植筋加固对无砟轨道变形及损伤的影响规律.结果表明:销钉与混凝土的黏结性能与混凝土强度有关,C30混凝土和C55混凝土试件中销钉与混凝土的黏结应力-滑移本构关系分别可...     

温升荷载下宽窄接缝伤损对轨道板垂向稳定性的影响研究

宽窄接缝伤损是温升作用下CRTSⅡ型板式轨道(以下简称"Ⅱ型板")垂向失稳的主要原因之一,通过建立带宽窄接缝伤损的Ⅱ型板式轨道垂向稳定性分析模型,分析宽窄接缝弹性模量差异,窄接缝破损和宽、窄接缝交界面损伤等对温升荷载下轨道板垂向稳定性的影响。研究表明:温升荷载作用下,窄接缝弹性模量降低比宽窄接缝弹性模量整体降低对轨道板的垂向稳定性影响更为显著,施工时应保证宽窄接缝材料均匀,实现一致的弹性模量;窄接缝破损后,轨道板将出现带尖角的上拱波形,且窄接缝的损伤程度越高,轨道板上拱位移越大,结构越易发生破坏;宽、窄接缝交界面损伤对轨道板的垂向稳定性影响较小。     

CRTSⅡ型板式轨道的纵连特征对板下离缝的影响研究

针对CRTSⅡ型板式轨道板下离缝问题,建立包括钢筋、预裂缝等轨道板主要特征的有限元模型,分析轨道板在整体升温40℃和温度梯度-50~100℃/m作用下, CRTSⅡ型板的纵连特征造成的板间接缝初始受力不均匀对板下离缝和钢轨不平顺的影响。结果表明:若宽接缝硬化时窄接缝存在较大的初始压应力,板温较高时窄接缝被挤碎的概率大幅增加;对板下离缝和钢轨不平顺影响最大的是窄接缝被挤碎,其次是仅宽接缝承力,而窄接缝处存在一定的初始压应力对其影响较小;由接缝处初始受力不均匀引起的板下离缝值虽然较小(增加0.5~1 mm),却会大幅增加运营维护后期砂浆层离缝的维修工作量;施工中应采取措施减小宽、窄接缝硬化时的板温差,使宽接缝硬化时的板温T_k高于窄接缝硬化时的板温Tz不超过10℃。     

CRTSⅡ型轨道板上拱变形及对钢轨的影响

运营过程中发现CRTSⅡ型轨道板边角位置与砂浆层之间存在离缝,而现有研究除考虑宽窄接缝破损外,均未涉及宽窄接缝处上拱变形的情况。本文根据推板试验结果对砂浆层与轨道板的水平连接施加不同的约束方式,分析轨道板上拱的成因及其对钢轨变形的影响。研究结果表明:轨道板上拱主要由CA砂浆层的水平约束刚度不均匀引起;当轨道板各层温度均高于施工锁定温度处于升温状态时,轨道板的最大上拱变形纵向上出现在宽窄接缝处,横向上出现在板中;轨道板变形随着离缝区域的增大逐渐趋于平稳;变形传递系数在正温度作用下为0.63,在负温度作用下为0.31。     

初拱变形对CRTSⅡ型轨道板上拱的影响研究

通过不同初拱变形参数条件下CRTSⅡ型板式轨道垂向稳定性的分析,研究初拱变形对轨道结构高温稳定性的影响。基于能量变分原理,推导不等波长和波幅条件下轨道板的上拱矢度的计算公式,并与数值仿真结果进行比较;通过数值拟合的方法得出上拱弦长与板中整体温升、初拱矢度、初拱弦长的关系表达式,并用公式法分析不同初拱变形参数对轨道系统高温稳定的影响规律。结果表明:若初拱弦长小于1.5 m,幅值小于10℃的整体温升便能导致轨道板上拱;当轨道板底产生大面积脱空时,板体不易产生上拱位移;不同的温升存在着不同的最不利弦长与矢度,轨道板初始上拱弦长为5~6 m时,最不易保持2 mm的上拱位移临界值。     

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。     

连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道伸缩附加作用计算分析

为研究高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道伸缩附加作用,建立了线-板-桥-墩一体化非线性有限元空间力学模型,以某多跨连续梁桥为基本工点,计算了桥梁和轨道伸缩附加受力和变形规律,并分析了纵连底座板与桥梁间滑动层摩擦系数,以及底座板刚度折减变化对连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道受力和变形的影响.     

温升荷载下宽窄接缝伤损对轨道板垂向稳定性的影响研究

宽窄接缝伤损是温升作用下 CRTS II 型板式轨道垂向失稳的主要原因之一，通过建立带宽窄接缝伤损的 II 型板式轨道垂向稳定性分析模型，分析了宽窄接缝弹性模量差异，窄接缝破损和宽、窄接缝交界面损伤等对温升荷载下轨道板垂向稳定性的影响。研究表明：温升荷载作用下，窄接缝弹性模量降低比宽窄接缝弹性模量整体降低对轨道板的垂向稳定性影响更为显著，施工时应保证宽窄接缝材料均匀，实现一致的弹性模量；窄接缝破损后，轨道板将出现带尖角的上拱波形，且窄接缝的损伤程度越高，轨道板上拱位移越大，结构越易发生破坏；宽、窄接缝交界面损伤对轨道板的垂向稳定性影响较小。     

无砟轨道整体刚度影响因素研究

以CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型板式无砟轨道和双块式无砟轨道为研究对象,建立有限元模型,研究列车荷载和典型病害对无砟轨道整体刚度的影响.结果表明:无砟轨道整体刚度随列车荷载的增大而增大,列车荷载的增大对路基区段无砟轨道整体刚度的影响明显大于桥隧区段;无砟轨道整体刚度随轨道板、底座板/支承层脱空长度的增大而减小...     

高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道温度荷载效应研究

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道系统梁轨相互作用的传力体系与既有的有砟轨道和单元板式无砟轨道线路的轨道结构受力变形特征有较大的不同。利用ANSYS有限元软件对桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道的受力变形特征进行分析,选择32 m简支梁和(48+80+48)m连续梁开展了长期温度荷载效应监测,分析桥上CRTSⅡ型板在温度荷载作用下的结构受力变形特征。结果表明,在降温和升温过程中,简支梁和连续梁梁体温度伸缩量与温度的分布规律相吻合,"两布一膜"减少了梁轨间相互作用力。说明桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道设计原理和设计方法是合理的,为相关技术规范的制定提供了科学依据。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道台后锚固体系的研究分析

利用Midas软件建立桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道系统台后"端刺+摩擦板"锚固体系的有限元模型,分析了在不同长度带肋摩擦板和无摩擦板两种工况下端刺顶部水平位移,同时对运营期间京津城际铁路台后锚固体系进行了现场调查,结果表明倒T形端刺和摩擦板等组成的台后锚固体系满足变形要求,台后路基及无砟轨道结构稳定。