铁路隧道基底结构补强过程中的变形监测与控制

由于受冻胀和地下水冲蚀作用铁路隧道中轨道板整体下沉,因此采用"锚注一体化"的方法填充轨道板底部裂隙,对基底进行补强。本文分别采用数字图像相关监测系统和激光位移监测系统对注胶过程中轨道板抬升进行实时监测。监测结果表明:基底结构补强过程中裂隙被胶水填充且撑大,使轨道板抬升,当抬升至1 mm的警戒值时停止注胶,轨道板缓慢下降,最后抬升位移趋于稳定; DIC监测系统和激光位移监测系统在轨道抬升监测与控制中具有良好的可靠性和稳定性,可应用于实际工程监测,为后续工程施工提供保障。     

激光位移计在隧道基底补强监测与控制中的应用

铁路隧道整体道床基底下沉、翻浆冒泥等病害严重影响线路平顺性。以基底病害采用“抬-注-锚”技术整治为例,利用激光位移计实时监测轨道板抬升过程中的位移。结果表明:当聚氨酯固化材料填充轨道板底部裂缝时轨道板抬升,当抬升位移量达到警戒值1 mm时停止作业,之后轨道板缓慢下降,随着聚氨酯固化材料的固化,轨道板的抬升位移量最终趋于稳定。由于激光位移计在测量精度和测量范围上比轨距尺更具优势,能够有效地实时监测和控制轨道板抬升过程中的位移,为后续工程实施提供保障。     

地铁隧道不同轨道结构形式对建筑物减振的仿真分析

建立隧道-土层-某建筑物的二维有限元模型,分别施加整体道床和钢弹簧浮置板道床区段的实测边墙竖向加速度,计算出不同轨道结构形式下建筑物的振动响应.计算结果表明,埋深相同时钢弹簧浮置板道床相对于整体道床可使邻近建筑物竖向振动加速度减小约80%;采用整体道床时邻近建筑的竖向振动加速度随隧道埋深增大迅速减小,而采用钢弹簧浮置板道床时建筑竖向振动加速度随埋深增大减小缓慢.     

温度应力作用下无砟轨道板的竖向变形特征分析

为研究轨道板在温度作用下的变形和竖向温度场的变化规律,对轨道板板角、板中等多点位的竖向位移及温度进行了长期的统计分析。结果表明:轨道板在环境温度影响下整体翘曲位移变化呈现规律性,一天中在午间高温时所产生的中部上拱变形量大于晚间的凹形翘曲变形量,且边缘处的竖向变形最为明显;板面下20 mm深处和180 mm深处的温度变化存在3 h的相位差值;夏季时板面温度与环境温度呈非线性关联,而冬季时环境温度和板面温度呈现为线性关联;板的向下位移量大于板的向上位移量。     

道砟胶对道床参数的影响研究

为了明确经过道砟胶组织后,道床参数的变化情况,在试验室进行了轨道实尺模型试验,测试了喷道砟胶前后道床纵、横向阻力、支承刚度的变化情况。试验结果表明:如果喷胶量为48 kg/m3,枕底、枕间及砟肩都喷道砟胶时,道床纵向阻力大约提高8.5倍,横向阻力大约提高17.4倍,加载的竖向力为140 kN时支承刚度提高37.6%,并且在卸载5 min内轨枕位移约恢复90%。因此,道砟胶可以应用在小曲线半径无缝线路、无砟轨道向有砟轨道的过渡段上,以提高道床横向阻力、调整道床支承刚度。     

地铁轨道刚度变化处的e型弹条应力变化研究

为了确定地铁e型弹条在轨道刚度突变处应力的变化情况,分别建立了浮置板轨道和普通整体道床轨道刚度突变有限元模型和三维弹条有限元模型,采用数值模拟的方法,求解得到所有72种工况下弹条的最大应力值及位置,并总结得出e型弹条在轨道刚度突变处的应力变化规律。结果表明：应力最大位置总是发生在弹条后拱内侧;轮轨冲击作用和钢轨的折弯变形均会影响弹条应力大小;建议当列车从浮置板轨道行驶至普通轨道时,两段轨道的位移差应控制在2 mm以内;反向行驶时位移差应控制在3 mm以内。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道桥梁差异沉降抬梁整治技术的试验研究

针对采用CRTSⅡ型板式无砟轨道的桥梁墩身差异沉降,开展抬梁整治技术研究。基于典型工点实施抬梁整治,实时监测抬梁过程中轨道结构应力和变形、轨道板和底座板裂缝、梁端纵横向位移变化量,掌握梁体抬升对轨道板、底座板的影响,评估无砟轨道和桥梁结构的安全性能,提出合理的梁体抬升量、相邻梁体位移差、抬梁速度等控制指标,为后续的抬梁提供指导。     

轨道框架对散粒体道床非线性纵向阻力影响的试验研究

为深入探索轨道框架对道床非线性纵向阻力的影响,通过建立足尺模型,采用轨道框架法测试道床纵向阻力-位移关系曲线,从轨枕数量、屈服位移、屈服阻力等角度研究轨道框架纵向变形机理,获得轨道框架下道床纵向阻力非线性力学特征。在此基础上,建立轨排结构道床纵向阻力均值计算方法。结果表明:轨道框架道床纵向阻力值明显小于各轨枕阻力之和,且随着轨枕数量与屈服位移取值的增加,差异逐渐增大;当轨道框架沿纵向移动时,道砟颗粒呈现出不规则的运动规律,轨道框架中间位置处颗粒运动的不规则性相对两端较弱,且颗粒位移扩散角较小;轨排结构道床阻力均值计算方法可以较为合理的预估出阻力值的大小,且随着轨枕数量的增加,道床阻力均值趋于稳定。     

城轨交通线路监测及轨道变形整治

研究目的:城轨交通工程由于结构或者地基变形,将会引起城轨交通的运营设备轨道变形,致使线路不平顺,严重时将危及行车安全.通过对城轨交通结构的变形监测,对于预防事故,保证城轨交通的正常运营是至关重要的.研究结果:明确提出轨道变形整治的难点和重点以及日常监测要求,重点提出加设调高铁垫板、降低轨枕高程、铺设无枕式整体道床等整体道床轨道分级整治预案,并对施工工艺、新材料的采用等问题进行分析研究.     

32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道的合理刚度

针对以往轨道刚度计算方法只能得出轨下垫板静刚度的取值范围或下限值,而不能确定轨道整体刚度的问题,运用大型轮轨动力学软件NUCARS建立32.5t轴重货车—轨道系统耦合动力学模型,采用动力敏感系数分析方法,通过分析轨道结构各种部件刚度组合情况下的车辆、轨道系统动力特性,研究32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道的合理刚度。结果表明:钢轨垂向位移、道床压力和垫板压力对垫板刚度较为敏感;轨枕垂向位移、轨枕垂向加速度、道床压力对道床刚度较为敏感;以轨道动力特性的综合效应最小为目标建立目标函数,筛选得出32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道结构的部件刚度最优匹配方案是轨下垫板刚度为140kN·mm-1,道床刚度为150kN·mm-1;最优部件刚度匹配方案所对应的轨道结构整体刚度为82kN·mm-1。     

高速铁路道砟飞溅理论计算与试验研究

根据有砟轨道特点,建立动车组和有砟轨道车—线多孔介质动态空气动力学分析模型,分析列车底部至轨道道床顶面之间空气流动特性。并通过京沪高铁黄河大桥风压测试和道砟飞溅监测,研究列车底部空气动力学效应。研究结果表明,理论建模分析和实测结果基本吻合,所建分析模型用于计算道床顶面所受压力是可行的,道床表面所受负压随列车速度提高而增大,在列车时速达到350 km/h时,试验区段未发生道砟飞溅。     

轨枕悬空条件下的列车-轨道系统竖向振动响应研究

针对道床作为散体结构本身具有弹、塑性,在列车荷载的反复作用下会发生沉降,沉降的不均匀导致轨枕悬空的情况,基于列车—轨道系统竖向振动分析方法,研究1根和几根轨枕悬空时列车—轨道系统的竖向动力响应。计算结果表明,当列车通过悬空轨枕时轮轨相互作用增大,其中轨枕的竖向位移及加速度增长最明显,且随着悬空轨枕的根数增加,动力响应增长越明显;即使毗邻轨枕的支承良好,也受到悬空轨枕的影响,轨枕位移及加速度增长显著;轨枕悬空会加速轨道结构的破坏,甚至危及行车安全。     

大坡道米轨道床阻力及轨排稳定性研究

为研究大坡道米轨(齿轨)有砟轨道结构稳定性,通过建立米轨离散元和有限元轨排模型,分析该结构在不同坡度条件下道床阻力变化及在荷载作用下轨排纵、横向稳定性。研究表明:(1)受轨枕与道床之间正压力减小和道砟颗粒之间接触减弱的共同作用,随着坡度增大,轨枕道床纵、横向阻力逐渐降低,且降低幅度明显高于轨枕与道床间正压力的降低幅度;(2)随着坡度的不断增大,在纵向制动荷载作用下轨枕位移显著增大,且有砟道床整体稳定性逐渐降低;(3)综合考虑轨枕位移及有砟道床整体稳定性,建议米轨有砟轨道最大坡度不超过500‰;(4)在温度荷载及制动荷载作用下,为保证米轨铁路曲线段的横向稳定性,在坡度为250‰时,无齿轨段曲线半径≮700 m,有齿轨段曲线半径≮600 m。     

钢管混凝土双块式轨枕无砟轨道结构疲劳性能试验研究

新型钢管混凝土(CFT)双块式轨枕克服了桁架钢筋双块式轨枕存在的生产制造复杂、存放易锈蚀、运营阶段易开裂等问题,可广泛应用于高速铁路和城市轨道交通无砟轨道结构。为检验CFT双块式轨枕无砟轨道结构的疲劳性能,采用11根预制CFT双块式轨枕现浇制作足尺无砟轨道结构节段模型,开展橡胶隔振垫式减振轨道和现浇整体式轨道节段的疲劳试验,揭示其疲劳损伤特性,分析典型疲劳加载循环次数后静载作用下轨道结构应变和变形分布及其演化规律。研究结果表明：1.5倍静轴重的疲劳荷载累计作用500万次后,减振节段及整浇节段CFT双块式轨枕无砟轨道结构混凝土均未出现肉眼可见的裂缝,轨枕与现浇道床整体工作性能良好,疲劳性能满足规范要求;停机开展静载试验过程中轨道结构各测点混凝土横向应变值随荷载增大而近似线性增大,最大拉压应变值均远小于混凝土的极限应变值,工作状态良好;轨道整浇节段道床板中处于整体受拉的状态,可见设置层间连接钢筋实现了道床与底座的共同工作;疲劳试验过程中轨道结构测点竖向位移值总体随着静载的增大而逐渐增大,位移量级较小,满足规范要求,减振轨道节段竖向位移值及其变化率大于整浇轨道节段。研究结果可供类似研究及钢管...     

轨距对轨道结构受力特性的影响

"一带一路"沿线国家的铁路轨距存在差异,这使得列车行驶过程中产生更大的线路不平顺,同时轨道部件的拉、压应力的变化对轨道部件的使用寿命造成影响。通过建模分析可知:轨距变化主要影响轨枕、道床的位移与受力,对钢轨的影响较小。轨道各部件的位移在标准轨距时较小,与标准轨距时相比,轨枕的位移最高增加了300%,道床的位移最高增加了38%,而钢轨竖向位移最大增量仅为4%。不同轨距下的轨道部件拉、压应力存在较大差异,轨枕拉应力最大增加了59%,道床的拉应力最大增加了214%,轨枕的压应力最大增加了55%,道床的压应力最大增加了312%,而钢轨拉、压应力无变化。为改变轨距对轨枕与道床的位移、拉应力、压应力影响,延长轨道部件的使用寿命,需在轨距过渡处合理设置轨道刚度过渡。     

道床刚度对钢轨接头动力响应影响研究

有砟轨道在施工阶段存在大量的钢轨接头会加剧轮轨间冲击和振动，造成钢轨伤损，影响轨道平顺性，不利于工程车辆行车安全，合理的道床刚度能减缓钢轨接头处轮轨间的冲击作用，改善临时轨道结构的受力和变形。基于多体动力学理论，以21 t轴重平车为研究对象，建立车辆-钢轨接头耦合动力学模型，研究钢轨接头区轮轨动力响应，分析道床刚度对轮轨冲击的影响规律。结果表明：钢轨接头区的轮轨冲击较为显著，其轮轨垂向力比非接头区增大约1.4倍。随着道床刚度增加，轮轨垂向力呈非线性增加趋势，钢轨和轨枕的垂向加速度和垂向位移均呈减小趋势，道床刚度为170 kN/mm时，轮重减载率最大值为0.63，接近我国规范的允许限值0.65；道床刚度小于45 kN/mm时，钢轨和轨枕的位移均超出了我国规范允许值（2.5 mm和2.0 mm）。因此，施工阶段应对道砟进行合理的捣固，宜将道床刚度控制在45～170 kN/mm。     

不同用胶量下胶粘道床力学特性试验研究和离散元分析

在我国高速铁路胶粘道床路段进行支承刚度现场测试,获得不同用胶量胶粘道床力学特性数据。采用PFC3D建立胶粘道床离散元模型,用测试数据进行参数标定与模型验证,在此基础上分析不同用胶量道床的支承刚度以及列车荷载作用下道床的力链分布、拉压接触力、沉降变形。结果表明:随着用胶量的增加,道床支承刚度呈抛物线型增长,力链分布区域逐渐扩展。用胶量从0增加至43 kg/m~3时道床接触点拉力和压力均线性增加;用胶量达到43 kg/m~3及以上时,道床接触点压力趋于稳定,拉力持续增加。与普通有砟道床相比,胶粘道床初始沉降小、易收敛,其累积沉降值随列车荷载作用次数增加呈幂函数型增长,且用胶量越大,越易收敛。     

青藏铁路多年冻土区无缝线路变形分析

针对青藏铁路多年冻土区路基沉降病害条件下的无缝线路长钢轨变形规律展开研究,在钢轨发生竖向位移条件下,建立三维长钢轨非线性有限元计算模型,分析路基沉降病害条件下长钢轨节点位移分布及发展规律。研究结果表明:钢轨竖向位移与路基下沉量在道床阻力发挥效用范围内呈近似线性关系,当路基上拱与下沉交替时,钢轨位移显著增加。     

桥墩温度荷载对高墩大跨桥上无砟轨道无缝线路的影响研究

在高墩大跨桥梁中,由于夏季太阳辐射作用混凝土结构会出现膨胀,桥墩整体升温会导致墩顶竖向位移增加,从而引起桥上无缝线路纵向附加力和钢轨竖向位移。为研究桥墩整体升温对无砟轨道中轨道部件受力和变形的影响,基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立线—桥—墩一体化模型,分析高墩大跨桥墩升温条件下桥上无砟轨道无缝线路的受力以及平顺性。计算结果表明:桥墩整体升温对钢轨的纵向力、梁轨相对位移、凸台树脂变形和凸台受力的影响均很小,在无缝线路设计和检算时可以不考虑其对钢轨强度的影响,但会引起线路竖向不平顺,且主要是长波不平顺。     

地铁隧道整体道床静力分析

基于有限元理论,建立了地铁矩形、圆形隧道内整体道床弹性地基上的"梁-板"有限元模型。通过数值模拟计算了不同混凝土等级下整体道床的变形受力情况。通过对计算结果的分析表明:在给定的配筋情况下,钢筋应力值和裂缝宽度满足容许值。矩形、圆形隧道内整体道床在常用列车荷载与降温荷载共同作用下,随着降温幅度的增大,整体道床垂向位移呈现增大趋势;纵向压应力下降幅度较大;横向压应力呈现先增大后减小的趋势;当降温幅度相同时,采用C25混凝土强度等级时整体道床垂向位移值最大。