高速列车荷载作用下水泥乳化沥青砂浆层的应变速率研究

水泥乳化沥青砂浆主要承受列车垂向荷载,且处于动态加载过程。为研究CRTSⅠ型板式无砟轨道CA砂浆层的应变速率,基于车辆-轨道耦合动力学理论,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立列车-CRTSⅠ型板式无砟轨道-路基垂向耦合振动模型,研究CA砂浆层的应变速率及其影响因素。结果表明:路基上板式无砟轨道CA砂浆层的应变速率大于其他基础。随着CA砂浆层和列车速度的增加,CA砂浆层的应变速率增大。CRTSⅠ型板式无砟轨道CA砂浆层的应变速率在4.763×10-3/s~2.025×10-2/s范围内变化。与仿真得到的应变速率相比,规范规定的应变速率不能完全反映CA砂浆层的实际应变速率。     

减振型无砟轨道对CA砂浆力学性能要求研究

为研究城市轨道交通地铁线路减振型无砟轨道的使用对CA砂浆力学性能的要求,基于有限元理论,建立减振型单元板式无砟轨道的梁－体模型。一方面,研究减振垫的刚度对CA砂浆的变形和受力影响;另一方面,研究CA砂浆自身的弹性模量对其本身变形和受力的影响。研究结果表明：由于减振垫自身刚度较小的缘故,导致CA砂浆承受较大拉应力而存在受拉破坏的危险,随减振垫刚度的减小,CA砂浆和上部结构均会出现较大变形,进而影响轨道平顺性和行车安全;随CA砂浆自身弹性模量的增大,CA砂浆层所受拉应力随之增大,因此在配制高弹性模量的CA砂浆材料的同时必须保证其抗拉强度能够满足CA砂浆抗拉的要求。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道用CA砂浆的温度疲劳研究

CRTSⅡ型板式无砟轨道充填层CA砂浆与轨道板接触面之间常见脱粘、离缝情况。为探讨CA砂浆在温度疲劳作用下与轨道板脱粘、离缝规律,采用-20℃到60℃的温度循环对试件进行疲劳试验,并对疲劳后的试件进行微观结构分析和热分析。结果表明:由于沥青基体在温度疲劳作用下的迁移、老化、黏性降低,CRTSⅡ型CA砂浆和轨道板混凝土经过16次循环后即出现脱粘,产生裂缝。     

CRTS-I型板式无砟轨道疲劳寿命研究

为研究无砟轨道在列车荷载和环境温度共同作用下的疲劳特性,以CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道为研究对象,建立弹性地基梁-体模型,计算出列车荷载和温度梯度作用下轨道结构的垂向最大应力,并结合普通混凝土结构S-N曲线的疲劳寿命分析方程和CA砂浆在不同温度时的疲劳方程,预测了CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道各结构层在规定服役年限内的疲劳寿命。计算表明,对于有限的作用次数,CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道各结构层受到的最大应力均未超过相应的混凝土强度值。根据各结构层最大应力预测出的相应疲劳寿命表明,CA砂浆在25~30年后将出现疲劳损伤,而在规定年限60年内,CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道其他结构层不会出现疲劳损伤,能达到客运专线服役期内的要求。     

CRTSⅠ型板式无砟轨道CA砂浆疲劳寿命分析

根据CRTSⅠ型板式无砟轨道的结构特征与受力特征,将钢轨假设为点支撑梁,扣件和基础的弹性假设为弹簧,轨道板、CA砂浆和底座板分别假设为实体,建立CRTSⅠ型板式无砟轨道的有限元模型,以Palmgren-Miner线性疲劳累计损伤准则为基础,采用全寿命分析方法对CA砂浆在不同列车荷载作用下的疲劳寿命进行分析,得到CA砂浆层的疲劳寿命分布和危险点的寿命值。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆充填层施工关键工艺

CRTSⅡ型板式无砟轨道是杭甬铁路客运专线的主要轨道结构型式,水泥乳化沥青砂浆充填层是其重要组成部分,直接影响轨道结构的耐久性、安全性和运营成本。水泥乳化沥青砂浆具有组成复杂、敏感性高、施工工艺复杂等特点。经过多条高速铁路客运专线的建设,我国已基本形成了CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆充填层的成套施工技术,并编制了相应作业指导书。但工程实践表明,砂浆充填层的施工质量仍是无砟轨道质量控制的难点和关键点。以杭甬客专无砟轨道水泥乳化沥青砂浆充填层施工为例,分析和总结影响砂浆充填层施工质量的关键点,为完善我国CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆充填层的施工工艺、提高充填层施工质量提供参考。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆充填层质量控制技术与管理探讨

水泥乳化沥青砂浆充填层是铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道的重要组成部分,具有配方复杂、环境敏感性高、施工工艺要求严格等特点,是无砟轨道施工质量控制的关键和难点。从砂浆充填层的功能作用、性能要求、施工工艺、常见质量缺陷、质量控制技术措施和过程管理等方面,探讨了CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆充填层施工关键技术和质量控制措施等。     

CRTS Ⅰ型CA砂浆劣化对其疲劳寿命的影响分析

研究目的:CA砂浆脱空是板式轨道的典型伤损,在列车荷载作用下,CA砂浆劣化将降低其疲劳寿命。为研究CA砂浆劣化对其自身疲劳寿命的影响,本文建立CRTSⅠ型板式轨道有限元模型,以Miner线性疲劳累计损伤准则为基础,研究CA砂浆在不同劣化情况下的应力和疲劳寿命,从而为无砟轨道的养护维修提供参考。研究结论:(1)仅考虑CA砂浆性能劣化50%时,列车荷载作用下CA砂浆所受的应力及疲劳寿命均减小,但仍能满足60年的使用寿命;(2)仅考虑CA砂浆层脱空和同时考虑CA砂浆层脱空与性能劣化50%时,CA砂浆层的压应力显著增大,疲劳寿命显著降低;(3)CA砂浆层板端脱空长度达到1.225 m时,CA砂浆的疲劳寿命不再满足60年的使用寿命;(4)建议CA砂浆的脱空长度应小于1.225 m,且在CA砂浆的服役寿命内加强养护维修,防止CA砂浆发生疲劳破坏;(5)本研究成果可为板式轨道CA砂浆的养护维修提供指导。     

高速铁路板式无砟轨道CA砂浆研究现状与展望

水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)是高速铁路板式无砟轨道的关键结构层之一,起着支承、调整、传载、减振和隔振的作用。结合单元板式无砟轨道CA砂浆的应用情况,总结分析当前国内外CA砂浆的配合比设计、静动态力学性能、耐久性及CA砂浆与板式轨道动力学匹配的研究现状,指出在这些研究方面的不足,在此基础上对CA砂浆的研究方向作出了展望。     

CRTS Ⅰ型水泥乳化沥青砂浆充填层服役现状

为考察CRTS Ⅰ型板式无砟轨道水泥乳化沥青(CA)砂浆充填层的服役现状,对严寒/高寒、寒冷及温暖地区的典型线路进行调研。调研结果显示:温暖和寒冷地区的高速铁路CA砂浆充填层性能良好,仅存在少量充填层板角离缝等问题;而严寒地区的高速铁路CA砂浆充填层向阳面的砂浆灌注袋破损比较明显,而且部分线路的CA砂浆充填层灌注口处或充填层纵向中部位置出现少量竖向裂纹。综合分析认为,运营线路所处的气候环境是影响CA砂浆充填层服役性能的关键因素。     

成灌铁路板式轨道弹性减振垫的试验研究

成灌铁路曾在CRTS Ⅰ型板式无砟轨道CA砂浆层下设置了弹性减振垫.为评价减振垫的应用效果,分别在铺设和未铺设减振垫地段选取试验段做对比试验.测试结果表明,减振垫以下的结构减振效果明显.     

CRTSⅠ型板式无砟轨道施工工艺研究

结合武广客运专线武汉综合试验段CRTSⅠ型板式无砟轨道施工工艺试验研究,在现场试验的基础上,系统总结CRTSⅠ型板式无砟轨道施工工艺,主要包括无砟轨道铺设条件评估、基底面处理、支撑层及凸形挡台施工、基准器测设、轨道板运输及存放、轨道板吊装就位、轨道板精调、灌注袋铺放、乳化沥青砂浆的制备和灌注、凸形挡台外缘树脂充填、充填式垫板施工等。     

CRTSⅠ型板CA砂浆填充层质量风险管理技术研究

CRTSⅠ型板式无砟轨道结构中,轨道板与底座之间设置的40~60 mm CA砂浆填充层是其重要结构单元之一,发挥着支撑、调平、吸振和隔振作用,是高速铁路关键功能材料和复杂工艺之一,施工质量的好坏直接影响无砟轨道的耐久性和列车运行的平稳性及安全性。针对CA砂浆工艺性试验的要求以及宁安铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道的特点,对CA砂浆工艺性试验和填充层灌筑等关键技术进行研究,利用质量风险管理,取得了CA砂浆拌制、灌筑等过程中一系列重要参数和施工技术,通过揭板对CA砂浆质量及外观检查,各项指标均符合要求,有效控制了CA砂浆灌筑质量,对今后高速铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道施工具有借鉴意义。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的疲劳力学性能分析

研究目的:目前无砟轨道结构在高速铁路中应用广泛,但对其疲劳问题的研究却并不多见。为了探究路基上CRTSⅡ型无砟轨道结构体系在恒载、温度和列车往复荷载作用下的疲劳力学性能,本文基于等效静力法实现了CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的疲劳力学性能及损伤发展的三维仿真分析,揭示出CRTSⅡ型板式无砟轨道结构体系在运营过程中的经时性能演变规律。研究结论:(1)冬季轨道板大部分区域处于受拉状态,假缝处可能发生开裂损伤;夏季轨道板基本处于受压状态,仅板底假缝附近局部受拉;(2)轨道板、CA砂浆、支承层最大应力随着时间增加而减小,竖向位移差随着时间增加而增大,但都在约20年后趋于稳定;(3)轨道板除假缝(拼缝)位置外基本无严重疲劳损伤,且各条假缝(拼缝)的开裂损伤发展会在5年内趋于稳定,最终各断面的开裂面积比大约稳定在0.7左右;(4)本文可为路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构体系的设计、维护和维修提供一定的理论依据。     

制动力作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道层间剪切破坏规律研究

层间剪切破坏是CRTSⅡ型板式无砟轨道的主要伤损形式之一。根据CRTSⅡ型板式无砟轨道结构,建立钢轨、轨道板、CA砂浆层、支承层、宽窄接缝三维有限元模型,采用双线性黏结滑移模型模拟CA砂浆层与轨道板间的黏结关系,根据轴距和车辆定距确定轮载与制动力加载位置,研究制动力作用下,不同制动力率、界面参数下轨道板和CA砂浆层间剪切破坏的影响机理。结果表明,制动力率对于界面剪切应力与界面伤损分布影响较小,界面的黏结性能对于制动力作用下的界面剪切应力与界面伤损分布影响较大;制动力对扣件四周的轨道板与CA砂浆界面黏结破坏作用较大,对于板中间位置界面黏结基本无影响;相同制动力作用下,起始伤损位移越小,界面越容易发生伤损;过大的剪切刚度会对层间界面的黏结产生不利影响。     

CRTSⅠ型CA砂浆动态压缩试验及本构关系研究

研究目的:水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)层充填在CRTSⅠ型板式无砟轨道的轨道板和底座板之间,起着支承、传载、调整、减振隔振等功能,因此需要全面研究CA砂浆的力学性能。本文以现场取样CA砂浆圆柱体试件为对象,考虑10-5s-1~10-2s-1四种不同应变率,在位移和应变率双重控制下,测试动力加载条件下单轴受压应力-应变全曲线;研究抗压强度、峰值应变、弹性模量等力学参数的应变率效应以及本构方程。研究结论:(1)应变率对CA砂浆的力学性能影响显著;(2)CA砂浆的抗压强度、弹性模量和峰值应变均随应变率的增加而增大,其中抗压强度应变率敏感性最强,在10-5s-1~10-2s-1应变率范围内,强度可提高2.5倍左右;(3)CA砂浆在不同应变率下的应力-应变曲线形状相似,不同应变率下CA砂浆的应力-应变关系可以用本文提出的有理分式表达;(4)通过与试验数据对比发现,本文提出的不同应变率下CA砂浆的本构方程与试验结果吻合较好,研究成果可为CA砂浆率型本构模型的建立提供试验基础,从而应用于板式轨道的动力设计中。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥沥青砂浆充填层服役现状

为探究水泥沥青砂浆充填层在服役数年后性能变化情况,选取南北方4处典型CRTSⅡ型板式无砟轨道高速铁路线路进行调研,通过现场测量、取样化验、查询工务段资料等方式研究水泥沥青砂浆充填层的伤损情况及其物理力学性能。结果表明：四个调研点均出现水泥沥青砂浆充填层与轨道板界面离缝、冒白浆、竖向裂缝等典型伤损;白浆主要成分为CaCO₃,含有少量SiO₂和沥青组分;南北方调研点砂浆充填层抗压强度、抗折强度和表观密度存在较大差异,但均满足规范要求;南北方同一调研点砂浆充填层不同部位试件孔隙率非常接近,南方调研点砂浆试件孔隙率明显高于北方调研点。CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥沥青砂浆充填层目前仍然满足服役要求,但已经出现了一定程度伤损和性能劣化,应定期观测和维护。     

京沪高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道CA沥青水泥砂浆层施工技术

以京沪高铁CRTSⅡ型板式无砟轨道轨道板灌筑为例,介绍了CRTSⅡ型板式无砟轨道轨道板灌筑CA沥青水泥砂浆层的施工工艺,分析了CA砂浆质量通病的处理方法及预防措施,并对一些施工经验进行了总结。     

CA砂浆层破坏对无砟轨道结构受力特性影响

CA砂浆层掉块破坏是无砟轨道结构运营过程中最突出的病害之一,其破坏程度对无砟轨道结构运营的安全性与适用性具有重要影响。通过采用修正Burgers模型转换Prony级数表征CA砂浆的黏弹性,建立CRTSⅠ型板式无砟轨道结构三维有限元模型,通过模拟CA砂浆层在板端和板中不同区域薄层掉块,研究车轮荷载作用下不同掉块位置、不同掉块大小对无砟轨道结构动力特性和结构位移的影响,分析掉块处轨道结构损伤演变规律和趋势,给出破坏界限建议值,为无砟轨道结构的养护维修提供理论依据和指导。研究结果表明：无论板端还是板中掉块,CA砂浆层破坏造成轨道板垂向加速度、垂向位移和纵向拉应力增幅明显,CA砂浆层掉块边缘位置的压应力急剧增大,而底座板垂向位移及受力逐渐减小;车轮荷载作用下,CA砂浆层板端薄层掉块达到0.912 5 m,板中掉块达到1.25 m时,轨道板的垂向振动和CA砂浆的压应力将会显著增大,应及时对轨道结构进行检修,避免轨道结构破坏快速扩展。     

重载列车作用下CRTSⅢ型板式轨道结构力学特性试验研究

通过建立CRTSⅢ型板式无砟轨道结构1:1足尺试验模型,开展30 t轴重列车作用下轨道结构力学特性试验,获得800万次疲劳试验后轨道结构力学性能演化特征。研究结果表明:疲劳荷载作用下,CRTSⅢ型板式无砟轨道各层动力响应基本呈逐渐增加之势;800万次疲劳荷载作用后,扣件竖向动、静刚度分别增加24.77%和23.94%,竖向动静刚度比变化不明显;隔离层竖向动、静刚度分别增加152.27%和136.11%,动静刚度比减小6.4%;底座竖向加速度最大值增加67.4%;底座混凝土板中处拉、压应力最大值分别增加55.6%和26.3%。研究成果对于开展重载铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道结构研究具有参考价值。