环境因素引发的CRTSⅢ型无砟轨道板温度场和竖向变形特征分析

针对轨道交通CRTSⅢ无砟轨道板在环境因素作用下产生的翘曲变形,在实际运营线路上采用传感器对其温度和竖向变形进行现场测试,分析在不同的环境条件下轨道板的变形规律以及轨道板变形后对列车运行的平稳性和舒适性的影响.研究发现:板内温度梯度是CRTSⅢ型轨道板产生翘曲变形的主要影响因素,在夏季晴天,轨道板在太阳辐射和环境温度共同作用下,白天时轨道板变形呈现上凸变形,夜晚时轨道板变形呈现下凹变形,且上凸变形幅度大于下凹变形;阴雨天气由于太阳辐射程度减小,轨道板变形相对较小;在不同的环境条件下的轨道板变形中,轨道板边缘处的竖向变形要大于其他部位;轨道板变形会对钢轨的不平顺产生影响,但其变形量对列车的平稳性和舒适度影响不大,且在极端工况下,列车的平稳性指标和舒适性指标均为优.     

CRTSⅠ型板式无砟轨道板角离缝原因与治理措施

为了研究轨道板板角离缝的形成原因及治理措施,选取一高速铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道结构,对其砂浆变形、板面高程、轨道板不同部位温度等指标进行24 h连续测试,并对测试结果进行分析。结果表明:轨道板板面与板底温差的周期性变化是导致轨道板周期性变形的主要原因;轨道板板面高程随时间变化呈现大致规律的波动变化;相对板面中心,板角在夜间翘起明显,板角离缝宽度与离缝值在夜间同步增大;充填层CA砂浆横向和竖向变形遵循热胀冷缩规律,其变形量较小,不是板角离缝产生的主因;不同涂层对混凝土表面温度具有降低作用,可用于改善板角因温度翘曲而产生的离缝程度。     

郑徐高铁CRTSⅢ型板式无砟轨道结构服役状态监测

为掌握CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的温度场、受力和变形规律,在郑徐高铁跨京杭大运河徐州特大桥的CRTSⅢ型板式无砟轨道结构开展监测服役状态监测的基础上,对监测数据进行了统计分析,研究表明:(1)轨道板板中温度高于自密实混凝土层和底座板;(2)轨道板上半部分温度梯度较大,下半部分温度梯度较小;(3)连续梁跨中地段轨道板板端翘曲位移高于板中翘曲位移,板端最高翘曲位移为1.9mm。连续梁梁端地段轨道板板端翘曲位移与板中翘曲位移接近;(4)随着大气温度的升高,桥梁梁缝的相对位移值逐渐减小;(5)轨道板压应力、拉应力大小变化随着温度的升高和降低而相应发生变化。     

有轨电车嵌入式轨道板温度翘曲变形量研究

选取已铺轨并覆盖200 mm绿化土的嵌入式轨道板,对其温度梯度及高程变化进行连续24 h观测,以研究气温变化对轨道板温度梯度及翘曲变形的影响。采用理论方法和有限元数值方法计算轨道板翘曲变形,并将计算结果与实测值进行对比分析,为嵌入式轨道的结构设计提供参考。结果表明:在24 h观测时间内,轨道板温度梯度基本为正,其最大值为10.4℃/m。在最大正温度梯度作用下,轨道板最大翘曲变形为0.028 0 mm。通过理论计算和数值计算得到的最大翘曲位移分别为0.019 4 mm和0.027 0 mm。二者均与现场测量结果接近,验证了温度实测数据、有限元数值计算模型及边界条件的准确性和可靠性。     

无砟轨道轨道板温度测量与温度应力分析

研究目的:针对秦沈线和遂渝线无砟轨道板存在的问题,对轨道板温度进行全天的测量,总结轨道板温度的变化规律,研究温度对轨道板的影响,根据温度测量结果,进行温度翘曲应力的仿真分析,为板式无砟轨道的结构设计提供参考.研究结论:通过对轨道板进行的温度测量,得出轨道板上表面和底面最高温度较当地最高气温分别高出16 ℃和3 ℃左右,轨道板上下表面的最大温差为10～13 ℃,轨道板侧面的温度梯度接近0.5 ℃/cm的线性变化.通过建立轨道板温度翘曲应力的计算分析模型,得出框架轨道板较普通轨道板发生更小的翘曲位移和翘曲应力;普通轨道板的最大翘曲位移为0.82 mm,框架轨道板为0.61 mm;普通轨道板的最大翘曲纵向应力为1.81 MPa,框架轨道板为1.51 MPa;普通轨道板的最大翘曲横向应力为0.75 MPa,框架轨道板为0.58 MPa.     

CRTSⅡ型板式无砟轨道结构层间早期离缝研究

在不同气候条件下现场观测CA砂浆灌注施工时的轨道板温度,得到实测的轨道板温度梯度。建立轨道结构力学计算模型,计算轨道板在实测温度梯度作用下的温度翘曲变形及应力。研究表明:气温和太阳辐射是影响轨道板温度梯度的主要因素;板面温度对温度梯度起控制作用;CA砂浆水化热对温度梯度有一定影响;在1d中,轨道板正、负温度梯度的交替变化引起温度翘曲压、拉应力的交替变化,是产生轨道结构层间早期离缝的最主要原因。因此,在早期温度场控制中,可采用有效的隔热或保温措施控制轨道板板面温度,避免出现较大的轨道板温度梯度,导致产生较大的温度翘曲应力,并根据CA砂浆强度增长规律,尽量延长扣压装置和精调千斤顶的拆除时间,从而有效地减少轨道结构层间早期离缝。     

有轨电车嵌入式轨道结构几何形位的变化特性分析

基于弹性地基梁理论,建立路基上嵌入式轨道结构有限元模型,分析不同温度荷载作用下轨道结构的温度翘曲变形及几何形位变化特性。结果表明:不同温度荷载作用下,轨道高低及轨距变化量均小于允许值,满足轨道平顺性要求;随着温度幅值的增加,轨道板温度翘曲变形及轨道不平顺性加剧,且轨距变化量与轨道板温度翘曲基本成正比;与温度梯度荷载作用相比,轨道结构整体温度变化对轨道不平顺性的影响更为显著;门形钢筋可以为轨道板提供足够的限位能力,有利于轨道板中部的平顺性,但可能造成相邻轨道板间的高低不平顺。     

单元板式无砟轨道结构轨道板温度翘曲变形研究

根据单元板式无砟轨道不同施工工艺和结构受力特点,采用弹性点支承梁模拟钢轨,用实体单元模拟无砟轨道各结构层;砂浆填充层采用灌注袋法施工时,轨道板和砂浆填充层之间按接触单元处理;砂浆填充层采用模筑法施工时,轨道板和砂浆填充层之间按黏结方法处理;建立相应有限元模型,进行轨道板温度翘曲变形研究。结果表明:砂浆填充层采用灌注砂浆袋法施工时,轨道板在温度梯度荷载作用下产生的翘曲变形大于模筑法施工;采用模筑法施工砂浆填充层时,轨道板的翘曲变形随上下表面温差幅值的变化呈线性关系;而采用灌注砂浆袋法施工砂浆填充层时,轨道板的翘曲变形随上下表面温差幅值的变化呈非线性关系,温差越大,轨道板翘曲变形的变化幅度越大。有限元模型计算的结果与环形铁道轨道板的翘曲变形实测结果基本吻合,验证了模型的合理性和可靠性。     

CRTSⅠ型轨道板中部砂浆离缝对轨道竖向变形与受力研究

以CRTSⅠ型轨道板中部砂浆离缝为研究内容,采用有限单元法,建立该型轨道结构的弹性地基梁-板模型,分析不同长度和高度的离缝对轨道竖向位移及应力变化情况,结果表明:离缝长度变化较高度变化对轨道结构的竖向变形及应力影响要大;离缝长度在1个扣件间距(0.6 m)范围内时,长度一定,高度的变化对轨道结构的变形及受力几乎没有影响;离缝长度不大于1 m时,高度大于0.42 mm后,离缝区域轨道板处于完全脱空状态。建议在对板中离缝进行养护维修时,应将防止离缝长度的发展作为主要工作,并将轨道板应力作为衡量离缝对轨道板影响的主要指标。     

温度对板式无砟轨道结构的影响研究

研究目的:基于传热学的基本理论,采用有限元分析法,利用大型商业软件ABAQUS对板式无砟轨道结构在温度作用下的影响进行仿真计算,分析不同基础支撑形式及不同轨道板宽度和厚度对无砟轨道结构温度效应的影响,探讨温度变化对板式无砟轨道结构的影响规律,为无砟轨道的结构设计提供依据. 研究结论:(1) 温差变化和结构变形并非呈现简单的线性关系,而是温度越高,变形的变化幅度越大.(2) 刚性基础支撑下由于温差而引起的轨道板的温度应力远大于弹性支撑下轨道板的温度应力,但是刚性基础支撑下由于温差而引起的轨道板的最大竖向位移差则小于弹性支撑下轨道板中的情况.(3) 在相同的板厚温度梯度条件下,轨道板的变形量随板厚的增加而增大,随板宽的增大而增大.     

基于CRTSⅠ型板式无砟轨道温度变形的桥隧过渡段车线动力性能分析

以CRTSⅠ型板式无砟轨道桥隧过渡段为研究对象,对桥梁、板式无砟轨道施加节点温度荷载进行温度场模拟,分析其在整体温度升降和温度梯度共同作用下的温度变形。分别选取我国2条典型高速铁路实测轨道不平顺为随机不平顺,桥梁和轨道板因温度变形而产生的钢轨竖向变形作为附加轨道不平顺,评价列车以不同速度经过桥隧过渡段的车线动力性能。研究表明:当考虑桥梁活动支座存在一定程度的摩擦时,在正温差作用下,桥梁会发生上拱,轨道板会发生板中翘曲;负温差作用下,桥梁会发生下挠,而轨道板会发生四角上翘;在翘曲变形路段,列车动力学指标都有所增大,且随着车速的提高而增大,导致行车安全性和乘坐舒适性相应降低。     

高寒地区混凝土基床结构对无砟轨道平顺性的影响

混凝土基床是解决高寒地区高铁路基冻胀问题的有效手段,但随着环境温度的变化,混凝土基床形变会对轨道平顺性产生不利影响。在某新建高速铁路约400 m长的混凝土基床路基段开展了为期一年的轨道平顺性监测,记录不同环境温度下的轨道平顺性状态。数据分析表明:轨道轨向变化量处于-0. 3～0. 4 mm之间,且90%以上处于±0. 2 mm以内;轨道高低变化量处于±1. 9 mm之间,且变化量绝对值大于0. 5 mm的比例为60. 5%。因此,混凝土基床温度形变主要对轨道高低产生影响。随着一年四季环境温度的周而复始,轨道高低呈现温度升高时变形幅度增大、温度降低时回落的周期性变化,在线路里程方向以11. 3 m的设计长度为周期呈正弦变化。结合上述轨道高低的变化规律,提出2～10℃是较为适宜的长轨精调温度区间,便于控制轨道高低的变化幅度,保证全年轨道质量指数均衡。     

大跨度拱桥温度效应对行车影响的试验研究

以北盘江特大桥为研究对象,采用MIDAS/Civil软件建立有限元模型,计算温度荷载作用下桥面竖向位移,并与成桥后半年时间内随环境温度变化的桥面高程定期量测数据进行对比分析;在沪昆客运专线贵阳西段联调联试过程中,对轨道几何状态、动车组动力学响应、轨道结构和桥梁动力性能等进行测试,依据实测结果分析昼夜温差对动车组行车平稳性的影响。研究结果表明:动车组300~330 km/h运行时的平稳性满足要求,桥梁主跨受温度影响最大,跨中变形-40~60 mm,结构温度变化-7~10.5℃。     

CA砂浆弹模对框架板式轨道翘曲应力的影响分析

采用有限元分析法,对框架板在温度梯度作用下的翘曲应力进行仿真计算,分析了砂浆弹性模量的变化对框架板温度效应的影响。结果表明:在温度荷载作用下,框架板式轨道框架角点处和凸台边缘处将产生局部翘曲应力的集中,最大的翘曲应力产生在轨道板角点处,并产生最大的翘曲位移;随着CA砂浆弹模的增加,轨道板应力集中区域的最大翘曲应力逐渐减小,轨道板角点翘曲位移也逐渐减小。     

CRTS Ⅰ型轨道板温度变形及与砂浆垫层间离缝的测试研究

在哈大高铁施工第Ⅰ和第Ⅲ标段线路的直线段和曲线段上,选择24块砂浆灌注施工已完成1～3个月,但尚未铺轨的CRTSⅠ型轨道板,对其高程及与砂浆垫层间离缝进行24 h全天跟踪测试,研究温度变化对轨道板温度翘曲变形及与砂浆垫层间离缝的影响规律.结果表明:轨道板的表面温差变化幅度大于环境温差的变化幅度;当轨道板表面温度达到最高时,轨道板高程的变化量、轨道板与砂浆垫层间的离缝最小,反之最大;轨道板高程的变化幅度大于轨道板与砂浆垫层间离缝的变化幅度;轨道板4个端角处的高程及离缝的变化幅度大于轨道板其他各处;曲线段上轨道板高程及轨道板与砂浆垫层间离缝的变化幅度大于直线段上的变化幅度.     

列车竖向荷载与CA砂浆离缝对CRTSⅡ型板式轨道开裂的影响分析

无砟轨道结构轨道板裂缝和结构层间离缝会导致结构性能退化,承载力降低,危及行车安全。基于弹性地基梁—体理论,建立路基上无砟轨道结构有限元模型。在正常状态和轨道板底部存在不同程度离缝状态时,对轨道板在列车竖向荷载下产生裂缝的位置和路径,以及2种状态下轨道板的翘曲位移和翘曲时轨道板底部地基弹簧拉应力进行分析。研究结果表明:无砟轨道板仅在列车竖向荷载作用下不会产生裂缝。当轨道板底纵向全部脱空且横向脱空宽度达到钢轨底面内侧边缘位置时,列车竖向荷载板端加载不会生成裂缝,板中部加载会产生裂缝。裂缝大致沿着轨道板纵向中心线附近开裂,在板端斜向板两侧边缘发展,预裂缝能够有效阻断裂缝的扩展路径。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道疏控技术方案研究

研究目的:为有效缓解高温作用下Ⅱ型板胀板问题,从源头上削减因轨道板变形受限而形成的温度力,有必要开展Ⅱ型板应力疏控技术方案研究。通过分析桥上和路基无砟轨道结构特点,研究提出连续式无砟轨道单元化和弱纵连方案,运用解析法和有限元法对解锁单元长度、填充材料弹性模量等关键参数进行分析;并基于建立的有限元模型研究单元化后的控制方案,提出轨道板上拱评估方法和限值。研究结论:(1)路基和桥梁地段Ⅱ型板在高温作用下受力特性基本一致,通过解析法分析伤损状态下上拱临界波长为19 m,建议以3块板为一单元进行解锁;(2)分析了宽窄接缝局部和全部填充低弹模高韧性材料弹性模量的影响,采用全填充方案对填充材料弹性模量的取值范围更有利;(3)当轨道板单元化后,均匀植筋更有利于限制高温作用下轨道板的位移;(4)提出了基于轨面高低变化量和轨底-板面高差变化量识别轨道上拱的方法,应重点关注高温季节轨面高低变化量大于2 mm的区段;(5)本研究可为连续式无砟轨道上拱整治提供借鉴和参考。     

蒸汽养护对CRTSⅢ型轨道板翘曲变形影响

论述轨道板蒸汽养护工艺,从静置阶段、升温阶段、恒温阶段和降温阶段分析轨道板蒸汽养护机理。针对CRTSⅢ型轨道板预制过程中产生的翘曲变形问题,设计一系列工艺试验,验证静置时间、升温速率、恒温温度和降温速率对轨道板翘曲变形的影响,并对该工艺试验进行分析。试验结论为:静置时间越长、升温速率越低、恒温温度越低、降温速率越低,轨道板翘曲变形越小。该研究为蒸汽养护环境下CRTSⅢ型轨道板的翘曲变形研究提供借鉴。     

CRTSⅢ型轨道板平整度变化规律分析

为了更好地控制CRTSⅢ型轨道板平整度,以P5600型轨道板为测试对象,对轨道板不同龄期单侧承轨面翘曲量和混凝土抗压强度进行检测,分析其变化规律。结果表明:轨道板脱模后单侧承轨面中央翘曲量小于0.5 mm时,轨道板90 d龄期单侧承轨面中央翘曲量超过偏差限值概率较小;轨道板单侧承轨面翘曲量随龄期的延长而不断增大,但各龄期承轨面翘曲量变化规律基本相同;脱模至水养3 d结束后,轨道板单侧承轨面中央翘曲量增幅较大,随龄期的延长翘曲量增幅逐渐减小;混凝土设计强度比和轨道板单侧承轨面中央翘曲量随龄期的变化规律基本相同。     

高速铁路CRTSⅢ型先张法预应力混凝土轨道板平面度演化规律

选取单侧承轨面中央翘曲量分别为-1.0～-0.5 mm,-0.5～0 mm,0～0.5 mm和0.5～1.0 mm的CRTSⅢ型双向先张法预应力混凝土轨道板各8块,分别在脱模后3,15,30,60,90,120,150,180 d进行轨道板平面度检测。结果表明:随着时间增长具有不同初始平面度轨道板的中部均呈上拱趋势;同一轨道板两侧承轨面中央翘曲量变化规律及量值基本相当;脱模30 d内单侧承轨面中央翘曲量增长较快,而后增长减缓,90 d左右趋于稳定;脱模3 d单侧承轨面中央翘曲量越小,轨道板平面度越快趋于稳定;相同条件下生产的各类轨道板从脱模3 d至180 d单侧承轨面中央翘曲量平均值增量基本相当。为便于轨道板和钢轨精调,建议水养前、后单侧承轨面中央翘曲量分别按-1.0～-0.5 mm,-1.0～0 mm控制。