城际铁路弹性支承块式无砟轨道结构优化及检算

为合理控制城际铁路轨道工程投资,针对城际列车轴重轻、编组小的特点,对弹性支承块式无砟轨道进行结构优化设计与检算分析。基于数值分析理论及有限元分析方法,研究隧道内弹性支承块式无砟轨道在设计轮载及现浇混凝土收缩荷载组合下裂缝开展情况,并进行道床板配筋设计及裂缝宽度检算;基于定额测算对比城际铁路与客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道的经济性。结果表明:城际铁路弹性支承块式无砟轨道道床板纵向只需配构造钢筋,按照配筋设计检算得出的道床板横向最大裂缝宽度为0.205 mm,小于裂缝容许值;相比于客货共线铁路,城际铁路弹性支承块可降低投资约10%。     

客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道结构极限状态设计法研究

为研究客货共线弹性支承块式无砟轨道极限状态设计方法,系统分析计算模型和加载方式,开展随机变量概率模型及统计参数研究,提出弹性支承块式无砟轨道极限状态设计分项系数,并进行道床板极限状态法配筋设计。结果表明：(1)对于距洞口小于200 m地段隧道内弹性支承块式无砟轨道道床板,建议承载能力极限状态下,列车荷载和温度梯度作用分项系数分别取1.2、0.5,正常使用极限状态下分别取0.7、0.5;(2)采用极限状态法对道床板进行配筋计算,距离洞口小于200 m地段道床板纵向配筋结果与容许应力法计算配筋一致,横向上表面和下表面配筋分别减少2根和6根。     

无砟轨道列车荷载层间分布特征及压电式测试系统研究

为研究无砟轨道列车荷载传递特征及测试方法,建立了双块式无砟轨道实尺试验平台,分析了钢轨支点压力和道床板、支承层底部荷载分布规律,并与动力学仿真结果对比。得出主要结论:石基压电式压力测试系统及压电式测力垫板测试系统,测试结果准确可靠,可用于无砟轨道结构健康监测;道床板底部荷载横向呈双峰型分布,两轮载间荷载效应叠加不明显,横向分布范围占道床板宽度的50%左右,道床板宽度具有优化空间;轮载传递至支承层底部时呈M型分布,轮载分布较为均匀。理论分析和试验结果可为无砟轨道现场测试提供参考,所得荷载传递规律,可为无砟轨道尺寸优化和下部基础设计取值提供理论依据。     

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。     

客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道伤损分析及整治

针对客货共线铁路长大隧道内弹性支承块式无砟轨道结构在运营后出现支承块开裂、道床高程控制不到位等病害的问题,通过现场调研,分析了弹性支承块式无砟轨道的病害原因,明确了支承块橡胶套靴帽檐与道床表面的位置关系,并给出了相应的整治措施.建议严格控制道床表面高程,确保其低于橡胶套靴帽檐底部2 mm;道床板混凝土不得与支承块固结,...     

改进型弹性支承块式无砟轨道几何形位研究

近年来,国内外重载铁路发展迅猛,适用于重载铁路长大隧道内弹性支承块式无砟轨道引起广泛关注.中铁五院针对传统型弹性支承块式无砟轨道进行优化设计,提出一种改进型弹性支承块式无砟轨道.基于弹性支承块式无砟轨道改进设计成果,研究30 t轴重列车荷载作用下传统型和改进型2种弹性支承块式无砟轨道横竖向荷载纵向分配规律、钢轨及支承块...     

列车荷载在双块式无砟轨道中静态传递特征研究

为研究列车荷载在双块式无砟轨道中的传递规律,建立列车荷载静态传递规律精细化分析模型,分析荷载在双块式无砟轨道中的传递路径、范围及影响因素.研究结果表明:荷载在双块式无砟轨道中的传递分为上下2部分,道床板内为荷载扩展区,扩散角为20°左右,支承层内为荷载均化区,荷载分布已较为均匀;荷载传递范围及量值均随动力系数的增加而显著增大;混凝土强度等级增加,荷载扩展区承载范围减小;下部基础为桥梁或隧道时,荷载均化区分布范围更为集中,可以适当提高支承层内混凝土强度、优化宽度来提高轨道结构合理性和经济性.     

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。     

温度及收缩荷载下路基上双块式无砟轨道力学及裂缝特性研究

温度及收缩荷载是双块式无砟轨道的重要荷载.以路基上双块式无砟轨道为研究对象,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,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,建立了考虑混凝土开裂的钢筋与混凝土相互作用有限元力学模型,并编制了相应的计算程序.研究了温度及收缩荷载下路基上双块式无...     

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。     

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。     

三维温度荷载下双块式无砟轨道结构动力响应

研究目的:本文利用ABAQUS有限元软件建立CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构温度荷载-落轴冲击耦合模型,结合试验数据,探究不同细致化温度荷载对双块式无砟轨道结构落轴冲击动力响应的影响。研究结论:(1)当道床板表面温度高于内部温度时,钢轨加速度变化较道床板表面温度低于内部温度更显著,轨枕向下加速度、道床板向上加速度分别增加13倍、42倍;(2)当道床板表面温度低于内部温度时,轨枕向上加速度、道床板向下加速度分别增加9. 5倍和25倍;(3)当道床板表面温度高于内部温度时,钢轨向下位移减小95%,轨枕及道床板向下位移均为0 mm,轨枕及道床板向上位移分别增加85倍和378倍;(4)当道床板表面温度低于内部温度时,钢轨、轨枕及道床板向下位移分别增加1. 01倍、4. 3倍和4. 91倍,轨枕及道床板向上位移均为0 mm;(5)本研究成果可为我国大温差地区无砟轨道线路平顺性研究提供参考。     

轨下支承刚度对弹性支承块式无砟轨道行车安全性影响研究撤回

为探究弹性支承块式无砟轨道在重载铁路中的适用性,以蒙华铁路隧道应用的弹性支承块式无砟轨道为例,开展重载列车作用下轨下支承刚度对弹性支承块式无砟轨道轨道行车安全性影响研究,以期为大轴重下无砟轨道结构选型及设计提供参考意见。通过建立重载列车—弹性支承块式无砟轨道结构动力学精细化耦合模型,设置不同轨下竖向刚度与轨下横向刚度工况,分析重载列车轮轨竖向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率以及磨耗指数等行车安全性指标变化,并提出合理的轨下支承刚度取值范围。研究结果表明：轨下支承刚度变化主要影响车轮与钢轨间的接触状态,从而影响轮轨接触斑区域及该区域内局部应力状态。随着通行总重量增加,轨下竖向刚度会逐渐增加,因此轨下支承刚度应确保在较低范围内变化。对轨下支承刚度进行合理设置可以改善轮轨接触界面状态,还能够改善轮轨作用力分布,降低钢轨磨耗指数,增加重载铁路钢轨使用寿命。根据列车运行安全性指标变化情况考虑,轨下竖向支承刚度取120～160 kN/mm较为适宜,轨下横向支承刚度取160～200 kN/mm较为适宜,以保证重载铁路钢轨的合理使用寿命及降低换轨周期。     

弹性支撑块式无砟轨道力学特性研究

研究目的:由于隧道内净空的限制,重载铁路长大隧道内宜铺设无砟轨道,弹性支撑块式无砟轨道(LVT)以其良好的减振性能逐渐在重载铁路中得到应用。为研究不同轴重和加载方式下LVT结构的应力应变特性,本文以蒙华铁路重载铁路隧道应用的LVT为例,通过建立LVT结构有限元模型,以探讨LVT结构的受力与变形特征,为LVT轨道结构的优化以及设计施工提供理论依据。研究结论:(1) LVT结构能够保证30 t轴重下静力学性能安全性,当轴重由30 t提高至42 t,钢轨弯矩、轨道结构部件应力及位移幅值增长量在40%左右;横向荷载对轨道结构横向位移及应力的影响显著,板端加载时道床板及底座板应力增量分别为284%、1 000%;(2)横向荷载作用下,除支承块横向应力下降,钢轨弯矩、支承块纵向应力、道床板应力、底座板应力均呈现增长趋势,其中道床板及底座板应力分别增长400%、530%;(3)板端加载时荷载由相邻扣件共同承担,扣件节点反力峰值有所下降,荷载作用点下竖向荷载分配比例由2∶1降低至4∶1,横向荷载分配比例由67%降低至47%;(4)本研究结果对重载铁路中LVT轨道结构的设计和施工有指导意义。     

山西中南部铁路通道隧道内铺设无砟轨道适应性研究

对30 t轴重重载铁路隧道内CRTSⅠ型双块式无砟轨道和弹性支承块式无砟轨道静力学、动力学特性进行了系统对比分析。结果表明:CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构整体性较强,施工工艺简单,经济性较好,但道床板与轨枕新老混凝土结合面易产生裂纹,裂纹控制较困难,施工质量受工具轨、扣件等影响;弹性支承块式无砟轨道对于大轴重的适应性好,可修复性好,对隧道口温度梯度的适应性好,橡胶套靴能够有效地保护轨枕和道床,减振效果好。推荐重载铁路隧道内采用弹性支承块式无砟轨道结构。     

大跨度斜拉桥-无砟轨道系统力学特性

以昌赣客运专线主跨300 m混合梁斜拉桥为研究对象,考虑结构层间非线性约束特征,建立桥塔、斜拉索、梁体、支座、墩台、剪力钉、底座板、限位凹槽弹性垫板、减振弹性垫层、道床板、扣件、钢轨等全要素大跨度斜拉桥-无砟轨道系统精细化有限元模型,研究附加荷载作用下结构附加力。基于Miner准则,探讨列车动载、无砟轨道设计参数以及时变温度作用下无砟轨道动力疲劳特性。结果表明：在斜拉桥端部设置钢轨伸缩调节器并采用小阻力扣件可满足钢轨强度要求,挠曲荷载下钢轨最大拉应力位于桥塔附近,制动荷载下钢轨最大拉应力位于主梁跨中;列车动载下轨道结构间相对位移最大值均不超过1.0 mm。主梁跨中道床板板底受拉,最大拉应力0.74 MPa,桥塔处底座板板底受拉,最大拉应力1.15 MPa;提高弹性垫层刚度可有效提高道床板疲劳寿命,增大扣件竖向刚度可增强钢轨与道床板间连接,提高钢轨寿命,列车时速增加会增大轨道结构动应力幅,降低疲劳寿命;时变温度作用下最大温度梯度发生在道床板,耦合列车动载后底座板结构受力更显著,但仍满足混凝土抗拉强度设计要求。     

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。     

湿度影响下双块式无砟轨道道床板新旧混凝土界面力学特性研究

在湿度影响下，混凝土的力学性能会随其内部不均匀的湿度场产生不同程度的变化，故水环境中的双块式无砟轨道各混凝土部件(轨枕、道床板及支承层)内部的材料性能存在差异，在长期荷载作用下易产生伤损。因此，探明由湿度导致材料性能变化对水环境中无砟轨道局部力学行为及损伤所带来的影响，对研究无砟轨道水致损伤形成和发展机理具有一定参考价值。通过建立双块式无砟轨道有限元实体模型，对水环境中双块式无砟轨道道床板新旧混凝土界面位置处的应变分布及疲劳损伤情况进行分析。结果表明：考虑湿度影响后，水环境中双块式无砟轨道道床板新旧混凝土界面位置处的变形性能与抗疲劳特性均有一定程度的削弱，长边接触面所受影响最为显著，其最大主拉应变增长31.6%,剪切疲劳寿命减短30.4%,出现在该面中上方位置，该处将是裂纹较早萌生的位置。     

CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕连接面损伤行为分析及识别研究

双块式无砟轨道轨枕块与道床板连接面易发生脱粘损伤。为实现CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕块和道床板连接面的脱粘损伤程度识别,利用内聚力模型建立含轨枕连接面损伤的有限元模型,施加列车动荷载激励,并基于小波包分解对不同损伤程度下的轨枕块与道床板的振动响应进行研究。结果表明:(1)轨枕连接面脱粘将显著提升轨枕块和道床板的振动响应,底面脱粘导致的振动响应更为显著;(2)通过小波包分解提取频带能量作为损伤特征指标,其频带能量增幅达到6%以上,可以识别损伤的程度;(3)随着轨枕连接面脱粘损坏程度的加深,轨枕块振动响应提升更为显著,应严格控制轨枕连接面脱粘程度。     

CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构优化设计研究

针对CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构特点,提出技术合理,经济性好的优化设计方案。对传统和优化后的CRTSⅠ型双块式无砟轨道在各种荷载作用下的结构受力进行计算对比分析,为优化设计方案提供理论指导。研究结论:(1)优化后的CRTSⅠ型双块式无砟轨道可应用于高速铁路、城际铁路项目;(2)通过轨道结构受力计算可知,在列车荷载作用下,路基地段优化后道床板弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道减少,底座弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道增加;桥梁地段优化后道床板弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道增大,增大幅度不大。单元式结构道床板在整体温度荷载作用下受到的轴力可大幅度减小。