地震作用下高速铁路列车—无砟轨道—桥梁系统动力响应及列车走行安全研究

在总结和吸收既有研究成果的基础上,以铺设CRTSⅡ板式无砟轨道的高速铁路简支梁桥为工程背景,对地震作用下高速铁路列车—无砟轨道—桥梁的动力响应及列车走行安全性进行系统研究,提出地震时不同条件下高速列车在桥上安全运行限速     

多跨简支梁桥上Ⅲ型板式无砟轨道制动力传递规律研究

为探究列车制动荷载作用下轨道、桥梁结构纵向受力特性及其影响因素,基于有限元法和梁-板-轨相互作用原理,建立多跨简支梁桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,对列车制动荷载作用下结构纵向受力特性、传递规律及其影响因素进行分析。结果表明:以全桥列车制动加载作为计算轨道及桥梁结构制动受力与变形时的最不利工况是偏安全的,并应以有载侧计算数据进行检算;桥上扣件需依据轨道板快速相对位移试算结果进行比选, WJ-8型小阻力扣件可适用于多跨简支梁桥且有较大安全冗余;桥上采用小阻力扣件或墩顶纵向刚度较小时均会使得列车制动荷载作用下的轨道板快速相对位移较大,不利于扣件的长期服役;轨道和桥梁结构制动检算过程中建议将桥跨数简化为10～15跨;需保证土工布隔离层的滑动性能,且应将其摩擦系数应控制在合理范围内。     

考虑轨道系统的高速铁路连续梁桥结构系统参数对纵向地震响应的影响

为研究无砟轨道系统约束作用下的高铁连续梁桥纵向地震响应,以某组合桥跨布置高铁桥梁结构(2×32m简支梁+(48+80+48) m连续梁+2×32 m简支梁)为例,针对CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道系统的结构特点,建立考虑轨道系统结构层间相互作用的叠合梁模型,研究轨道系统约束作用、地震波激励、滑动层摩擦因数、底座板刚度和制动墩抗推刚度对桥梁结构纵向地震响应的影响。分析结果表明:轨道系统对桥梁结构的约束作用可减弱结构纵向地震响应;在不同频谱特性的地震波激励下,桥梁结构地震响应明显不同,当地震波卓越频率与结构自振频率接近时,将放大结构地震响应;随着轨道系统滑动层摩擦因数增加,连续梁桥纵向地震响应减小,简支梁桥纵向地震响应增强;底座板刚度变化对桥梁纵向地震响应影响较小;增加连续梁桥制动墩抗推刚度,将增强制动墩地震内力响应,需要根据不同抗震需求合理设计桥墩抗推刚度。     

无砟轨道约束对高铁FPS隔震简支梁桥纵向地震反应的影响

以一典型5跨FPS隔震简支梁桥为对象,建立基于两种常用无砟轨道的线桥一体化模型,探讨两种无砟轨道约束对简支梁桥纵向地震反应的影响;并针对CRTSⅡ型板式无砟轨道,研究剪力齿槽刚度、滑动层摩擦系数对简支梁桥纵向地震反应的影响规律。研究结果表明:无砟轨道约束会降低简支梁桥的支座最大纵向位移、支座纵向耗能和最大墩顶纵向位移;与CRTSⅠ型板式无砟轨道相比,CRTSⅡ型板式无砟轨道能降低结构的最大墩顶纵向位移,并对线路起到隔震作用,应优先在FPS减隔震设计中采用,设计时需合理选择剪力齿槽刚度,并考虑滑动层性能变化对结构纵向地震反应的影响。     

高铁单元板式无砟轨道大跨梁端适应性对比

研究目的:为研究不同类型单元式无砟轨道无缝线路在大跨桥上的适应性,本文建立无缝线路-无砟轨道-桥梁空间耦合分析模型,对温度荷载作用下CRTSⅠ型和CRTSⅢ型板式无砟轨道各层纵向受力与变形、层间错动位移以及限位结构受力进行对比分析,并对运营过程中可能出现的扣件纵向阻力增加对两种无砟轨道在大跨桥上的适应性进行比较。研究结论:(1)两种无砟轨道无缝线路在连续梁端处受力与变形最大,但二者之间的差异较小;(2)扣件纵向阻力的增加将带来连续梁端位置处无缝线路受力增加,变形量减小;(3)CRTSⅢ型板式无砟轨道层间限位刚度大于CRTSⅠ型板式无砟轨道,因此扣件纵向阻力增加导致的CRTSⅠ型板式无砟轨道层间错动位移增加更加明显;(4)梁端限位结构在升降温过程中纵向受剪明显,其中CRTSⅠ型板式无砟轨道梁端半圆形凸台因单侧承力,纵向剪切效应更加显著,且随桥上扣件纵向阻力的增加而急速增加;(5)总体看来,两种无砟轨道的选用对大跨桥上无缝线路设计的影响基本无差异,但在轨道纵向几何形位保持以及大跨梁端限位结构受力方面,CRTSⅢ型板式无砟轨道表现出了较好的适应性;(6)本研究成果可为今后大跨度桥上板式无砟轨道的选型提供理论指导。     

无砟轨道结构层对高速铁路列车—桥梁系统动力响应的影响

基于非线性弹性Hertz接触理论和Kalker蠕滑理论,建立了高速铁路列车—无砟轨道—桥梁精细化计算模型,以高速铁路32 m跨简支箱梁桥和CRTSⅡ型板式无砟轨道为研究对象,编制了MATLAB程序分别计算有(无)无砟轨道列车—桥梁系统的动力响应及列车走行安全指标并作对比分析。计算结果表明:对于桥梁的动力响应,不考虑无砟轨道时结构变位等动力响应减小;对于列车的动力响应,不考虑无砟轨道时,多数列车动力响应及走行安全指标有较大增加。     

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.     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道挠曲力影响因素分析

针对我国高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道梁-板-轨相互作用问题,采用有限元法分别建立双线多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型,考虑桥梁及轨道结构的细部尺寸与力学属性,计算列车荷载作用下各轨道及桥梁结构的挠曲力与位移,分析扣件纵向阻力、滑动层摩擦因数等参数对桥上无缝线路挠曲受力与变形的影响规律。研究结果表明:列车荷载作用下大跨连续梁桥上轨道结构的受力与变形要明显大于多跨简支梁桥,单线加载时有载侧和无载侧之间相差不大,且近为双线加载时的1/2;需要根据不同的检算部件选取最不利的列车荷载作用长度;采用小阻力扣件改善钢轨受力与变形时,固定支座桥台和连续梁活动支座桥墩处的轨板相对位移应加强观测;滑动层摩擦因数、固结机构纵向刚度及固定支座墩/台顶纵向刚度均需控制在合理范围内。     

桥上纵连岔区无砟轨道受力及变形规律研究

研究目的:目前CRTSⅡ型板式无砟轨道在我国已建成的高铁线路中铺设较多,铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道的线路,桥上岔区一般铺设纵连道岔,为了研究桥梁和纵连道岔之间的相互作用规律,文章以京沪高铁天津南站桥上纵连岔区为例,建立岔-桥-板-墩一体化计算模型,分析岔区轨道在底座刚度、桥梁与轨道间摩擦系数以及列车制动位置对无砟轨道各部分受力及道岔的影响。研究结论:通过分析得出以下结论:(1)温度力作用下,底座刚度增加时,墩顶纵向力、底座轴力及道岔可动部分位移增大;底座与桥梁间摩擦系数增大时,底座轴力及道岔可动部分变形减小;(2)制动力作用下,底座刚度和摩擦系数增加时,底座轴力增加,墩顶纵向力及道岔可动部分位移减小;(3)本文对岔桥相互作用规律的研究结论,对桥上纵连岔区无砟轨道结构工程设计具有一定的参考意义。     

简支梁桥上Ⅰ型板式无砟轨道挠曲受力与变形

研究目的:桥上无缝线路受力比较复杂,桥梁、轨道结构的受力变形成为广泛关注的问题。为研究列车荷载作用下桥上轨道结构的受力变形规律及影响因素,根据多跨简支梁桥上单元板式无砟轨道无缝线路的结构特点,基于有限元法建立多跨简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,计算列车荷载作用下桥上轨道结构的挠曲力与位移,并分析扣件纵向阻力、墩台顶固定支座纵向水平线刚度以及桥梁跨数等因素对挠曲受力与变形的影响规律。研究结论:(1)在列车荷载作用下,钢轨挠曲拉力及压力最大值分别出现在左侧桥台固定端与最后一跨跨中位置,钢轨位移呈先增后减的趋势,并在两侧路基段逐渐减小至零;(2)采用小阻力扣件可明显降低钢轨及轨道结构的受力,但同时会增加轨板相对位移,需要重点关注钢轨在桥台处的爬行;(3)采用较大纵向水平线刚度的低墩桥对列车荷载作用下桥上轨道结构纵向位移而言是不利的;(4)随着桥梁跨数的增加,轨道结构的纵向力与位移也不断增大,在6跨之前增幅明显,6跨之后增幅明显放缓并逐渐趋于平稳;(5)本研究成果对桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道的设计及结构安全性具有参考价值。     

客运专线桥上纵连式无砟道岔伸缩力与位移影响因素分析

以武广客运专线雷大特大桥铺设CRTSⅡ型纵连式无砟道岔为例,将一组客专18号渡线、CRTSⅡ型板式无砟轨道、桥梁、墩台视为一个系统,建立了岔-板-梁-墩一体化计算模型,分析了道岔、道床板、桥墩的受力和变形规律,以及道床板伸缩刚度、滑动层摩擦系数、固结机构等对各部分变形的影响。分析结果表明:基本轨伸缩附加力和纵向位移随道床板纵向伸缩刚度的减少而越大,道岔传力部件受力随道床板伸缩刚度减小而明显减小;滑动层失效不会对轨道结构的变形造成较大影响,但对墩台和固结机构受力不利;大跨桥上有必要设置固结机构,取消固结机构对基本轨位移变化及桥梁墩台受力不利。     

阻尼器对高墩连续刚构桥抗震性能的影响分析

以一座高速铁路高墩三跨连续刚构桥为研究对象,利用MIDAS/Civil软件建立全桥空间动力分析模型,通过非线性时程分析法研究在刚构桥两侧边墩上设置黏滞阻尼器对连续刚构桥地震响应的减震效果。从减小边墩的墩梁相对位移出发,考虑刚构墩墩底受力的减震效果,分析了黏滞阻尼器参数的合理取值。结果表明,连续刚构桥边墩设置黏滞阻尼器以后,可有效减小边墩的墩梁相对位移,减小刚构墩的受力,提高全桥的抗震性能。     

郑徐高速铁路徐州特大桥上跨陇海铁路段施工关键技术

本文结合郑徐高速铁路徐州特大桥上跨陇海铁路段工程,研究了桩基承台施工对邻近铁路路基的扰动、桥梁转体和桥上铺设CRTSⅢ型无砟轨道道床的施工关键技术,结果表明：（1）无线沉降信息化监测能弥补常规埋设沉降观测点法不足,提前预知既有线路基变形实施早预防;（2）万能复合支架体系和拆卸吊运机设计节省了材料、缩短了搭拆时间;楔形铁支垫和转体保险辅助装置避免了转盘撑脚与滑道顶紧、转盘不能转动的问题;先边跨后中跨合拢和墩顶预偏措施克服了墩底产生的负面弯矩和剪力、梁体变形的问题,发明了跨障碍宽幅转体桥梁合拢段吊架法模板支撑体系施工方法;（3）CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板伸缩缝灌注防污处理和隔离层土工布铺设方法、自密实混凝模板工装和移动式灌注台车确保了CRTSⅢ型板式无砟轨道铺设质量。研究结论可为上跨既有铁路高速铁路转体桥梁工程施工提供指导和借鉴。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道层间关键构件的地震响应规律及参数影响分析

以考虑两侧引桥与路基的高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道-连续梁桥系统(HBBSS)为例,研究轨道系统中各关键构件的地震响应规律及参数影响分析,基于有限元方法建立HBBSS地震分析模型,分析HBBSS中各关键构件的地震响应规律以及刚度变化对HBBSS地震响应的影响分析。结果表明:HBBSS中各关键构件的地震损伤顺序依次为滑动层、CA砂浆和剪切钢筋;剪力齿槽和扣件在设计标准规定的设防烈度下难以损伤; CA砂浆、滑动层及剪切钢筋是HBBSS地震响应的重要影响因素,在抗震设计中应加以关注。     

地震作用下高速铁路FPS隔震桥梁无砟轨道力学特性参数研究

为了准确分析地震作用下高速铁路FPS隔震桥梁无砟轨道的纵向力学特性,以一典型5跨FPS隔震简支梁桥为对象,建立基于CRTSⅡ型板式无砟轨道的线桥一体化模型;应用非线性时程方法分析无砟轨道的纵向力学特性并进行参数研究。研究结果表明:地震作用下,梁端的轨道纵向力要大于梁中间位置;滑动层与剪力齿槽的设计能减小底座板与梁面的纵向相互作用,且道床板纵连能分散从梁面传来的纵向力,使CA砂浆及扣件的纵向力降低;FPS摩擦系数、支座半径、滑动层摩擦系数、剪力齿槽刚度对轨道纵向力有较大影响,在高速铁路FPS隔震设计时,应综合考虑各参数对Ⅱ型板纵向地震受力的影响,在保证正常运营的同时,减小Ⅱ型板纵向地震受力,防止轨道发生纵向破坏。     

高速铁路桥梁CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板施工技术创新

为提高高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板的施工质量,以商合杭铁路站前工程为背景,基于桥梁段底座板结构特点,重点探讨基础面处理、底座钢筋绑扎、底座模板及限位凹槽模板安装、混凝土浇筑养护、伸缩缝施工等施工关键技术,形成了一套高速铁路桥梁CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板施工方法.对比分析4种无砟轨道底座板模板支撑形式,提出...     

高速铁路端刺桥梁墩梁固结部位局部应力分析

对高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道端刺桥梁结构的刚构斜腿与主梁的墩梁固结部位,建立空间有限元模型,进行局部应力分析,得出桥梁结构的受力特征,并对斜腿构造特别是墩梁相交处倒角尺寸进行了优化,使结构受力更合理。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道端刺区抬升纠偏整治技术

针对一高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道端刺区沉降偏移病害,对换铺有砟轨道、特殊扣件调整、轨道板抬升纠偏等整治方案进行了综合比选,建议采用一种特制的CRTSⅢ型板式无砟轨道结构替代原CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的整治方案。针对该方案研发了特制CRTSⅢ型轨道板和快硬自充填混凝土,并对施工流程进行了详细阐述,为高速铁路无砟轨道同类问题的整治提供了借鉴,丰富了高速铁路无砟轨道病害整治技术。     

严寒地区高速铁路无砟轨道结构选型分析

为指导严寒地区高速铁路无砟轨道结构选型,结合严寒地区高速铁路的工程特点,分析严寒地区对无砟轨道的需求和选型原则。通过介绍我国双块式无砟轨道,CRTSⅠ型、Ⅱ型和Ⅲ型板式无砟轨道的主要特点及应用情况,从严寒地区高速铁路无砟轨道的适应性、施工性、养护维修及经济性等方面进行对比分析。结果表明:严寒地区应优先选用预制轨道板,CRTSⅠ型和Ⅲ型板式轨道具有较好的严寒适应性和耐久性,但CRTSⅢ型板式轨道的经济性更好,建议严寒地区无砟轨道应优先选用CRTSⅢ型板式无砟轨道。     

郑徐高铁CRTS Ⅲ型板式无砟轨道主要技术创新

研究目的:郑徐高速铁路是我国CRTSⅢ型先张板式无砟轨道扩大应用的首条试验线,CRTSⅢ型板式无砟轨道的设计理论、结构设计、工程材料、建造技术等方面都需要系统创新,轨道结构及接口优化、轨道板制造、岔区无砟轨道、路基防水层优化、自密实混凝土制备及施工、布板及精调等关键技术都需要进一步深入研究,本文旨在丰富、发展和完善CRTSⅢ型板式无砟轨道技术体系。研究结论:(1)形成了具有自主知识产权的CRTSⅢ型板式无砟轨道设计、制造、施工等成套技术;(2)郑徐高速铁路开通运营以来,无砟轨道系统状态良好,结构稳定,列车运行平稳、舒适;(3)本研究成果对于提升我国在高速铁路国际市场的竞争力和顺利实施我国高速铁路"走出去"发展战略具有重要意义。