严寒地区CRTS Ⅲ型轨道板翘曲变形分析研究

研究目的:我国具有自主知识产权的先张法双向预应力混凝土CRTS Ⅲ型无砟轨道板已成为时速350 km高速铁路的主导板型。轨道板翘曲量是控制高铁线路运行平顺性和舒适性的关键参数,预制施工精度及平整度对确保轨道板结构安全使用和耐久性,防止表面裂纹质量缺陷具有显著的影响。研究结论:(1)高铁线路运行平顺性和舒适性关键在于解决轨道板的翘曲问题;(2)为使轨道板混凝土结构能够安全使用、耐久性指标得以实现,根据裂纹产生的原因和部位采取相对应的措施;(3)"润滑式"机械锁、"微机智能化"养护、"缓存区"的设置可解决超张拉及轨道板的表面毛裂问题,保证轨道板的预制质量;(4)本研究成果可为类似CRTS Ⅲ型板的预制提供可靠的经验及技术积累。     

CRTSⅢ型先张轨道板翘曲变形成因分析及控制措施研究

针对郑徐客专CRTSⅢ型先张轨道板翘曲变形现象,利用ABAQUS有限元仿真软件建立轨道板翘曲分析模型,从轨道板的结构设计(轨道板自身上下不对称)和生产工艺(预应力筋偏位、混凝土收缩、温度梯度、弹性模量不同、模具承轨台约束)两个方面进行了分析,研究了轨道板翘曲变形的原因(轨道板自身的上下不对称、预应力筋偏位、混凝土收缩以及弹性模量不同等因素综合导致轨道板翘曲,其中混凝土收缩是主要原因),从而给出了相应的控制措施(优化模具柔性支座质量、设置模具整体上移量、设置预拱度、洒水养护等措施),取得了良好的控制效果,以期为同类工程提供参考和借鉴。     

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。     

路基冻胀对CRTSⅢ型板式轨道变形的影响研究

研究目的:严寒地区高速铁路路基冻胀变形时常出现,局部冻胀变形不仅影响无砟轨道的平顺性,还可能导致层间离缝发生。为此,本文建立CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基系统有限元模型,以分析不同路基冻胀波长和路基冻胀幅值下轨道结构的变形特征。研究结论:(1)路基冻胀作用下轨道结构各层的上拱变形与路基冻胀波形基本一致,轨道结构各层的变形受路基冻胀位置影响较大;(2)轨道结构各层的变形、轨道结构层间离缝以及轨道结构各层的上拱波长均随路基冻胀幅值的增大而增大,且底座板与路基表层的离缝远大于自密实混凝土与底座板间的离缝;(3)随着冻胀波长的增加,轨道结构各层的位移、轨道结构层间离缝随之减小,但轨道结构各层的上拱波长逐渐增大;(4)冻胀波长增大对轨道结构变形和减小层间离缝有利,路基冻胀幅值限值应根据冻胀波长来确定;(5)本研究成果可为路基冻胀变形控制提供参考。     

CRTSⅢ型后张板式无砟轨道预应力损失及翘曲影响

CRTSⅢ型后张板式无砟轨道(简称Ⅲ型板)是我国无砟轨道结构的主要形式之一,其轨道板采用双向后张预应力结构,施工及使用过程中预应力损失不可避免。预应力损失影响轨道结构的受力及变形,根据Ⅲ型板预应力特征,计算施工锚固阶段及使用过程中的轨道板预应力损失,分析轨道板预应力损失对轨道结构翘曲变形及翘曲应力的影响,并得到以下结论:(1)Ⅲ型板纵向预应力总损失为158.69MPa,长期预应力损失为82.56MPa,横向预应力总损失为164.98MPa,长期预应力损失为78.62MPa;(2)预应力损失对轨道板翘曲位移影响较小;(3)正温度梯度作用下预应力损失使轨道板受压,应力略有减小;(4)负温度梯度作用下预应力损失导致轨道板受拉,应力有所增加。     

初拱变形对CRTSⅡ型轨道板上拱的影响研究

通过不同初拱变形参数条件下CRTSⅡ型板式轨道垂向稳定性的分析,研究初拱变形对轨道结构高温稳定性的影响。基于能量变分原理,推导不等波长和波幅条件下轨道板的上拱矢度的计算公式,并与数值仿真结果进行比较;通过数值拟合的方法得出上拱弦长与板中整体温升、初拱矢度、初拱弦长的关系表达式,并用公式法分析不同初拱变形参数对轨道系统高温稳定的影响规律。结果表明:若初拱弦长小于1.5 m,幅值小于10℃的整体温升便能导致轨道板上拱;当轨道板底产生大面积脱空时,板体不易产生上拱位移;不同的温升存在着不同的最不利弦长与矢度,轨道板初始上拱弦长为5~6 m时,最不易保持2 mm的上拱位移临界值。     

CRTSⅡ型轨道板上拱变形及对钢轨的影响

运营过程中发现CRTSⅡ型轨道板边角位置与砂浆层之间存在离缝,而现有研究除考虑宽窄接缝破损外,均未涉及宽窄接缝处上拱变形的情况。本文根据推板试验结果对砂浆层与轨道板的水平连接施加不同的约束方式,分析轨道板上拱的成因及其对钢轨变形的影响。研究结果表明:轨道板上拱主要由CA砂浆层的水平约束刚度不均匀引起;当轨道板各层温度均高于施工锁定温度处于升温状态时,轨道板的最大上拱变形纵向上出现在宽窄接缝处,横向上出现在板中;轨道板变形随着离缝区域的增大逐渐趋于平稳;变形传递系数在正温度作用下为0.63,在负温度作用下为0.31。     

CRTS Ⅱ型轨道板混凝土技术与养护制度

CRTSⅡ型轨道板生产时为提高生产效率,要求16 h左右混凝土强度达到48 MPa以上。本文分析了混凝土材料中超细水泥和特殊掺合料的影响,以满足早期强度和耐久性要求为目标,提出了以采用非缓凝型聚羧酸减水剂为提高早期强度的主要手段,由硅酸盐水泥、普通的粉煤灰和矿粉作为掺合料、普通的集料构成的Ⅱ型轨道板材料体系。研究了该材料体系下混凝土配合比设计,通过控制水胶比和用水量两种措施,提高早期强度,并对配合比提出了指导意见。讨论了覆盖养护对混凝土材料开裂的影响,提出了模板内及毛坯板存放时应采取的的养护办法。     

高速铁路CRTSⅢ型预制轨道板平面度关键影响参数

针对个别线路CRTSⅢ型轨道板脱模时已存在上拱的问题,建立了轨道板-模板一体化分析模型,研究预应力施加、混凝土收缩等因素对预制轨道板平面度的影响规律。结果表明:预应力及其偏心、轨道板顶面和底面弹性模量差异、养护过程中温度梯度对预制轨道板平面度影响较小,底模承轨槽约束条件下的混凝土收缩是影响预制轨道板平面度的关键因素。轨道板预制过程中混凝土收缩控制试验表明,在保证模板精度条件下,养护过程中补水可显著减小预制轨道板平面度上拱幅值。     

CRTSⅢ型轨道板自动化测量创新技术研究

为了实现CRTSⅢ型无砟轨道承轨台测量自动化、数据处理智能化,对轨道板测量中的关键技术进行研究,设计了一套集自动行走测量小车、自动控制系统和计算机数据处理等技术于一体的智能型快速测量系统。通过在小车上设计安装驱动电机,解决了小车在轨道板上的自动行走;通过在车轮体系上设计安装多个椭圆柱形辊子(与车轮轴线呈45°),解决了小车在任意方向上的自由调整;设计了3个激光传感器对承轨台进行检测,解决了小车的精确定位;设计了自适应弹性连接装置和高精度倾斜传感器,解决了测量模具在承轨台上的精准定位及精度检核;通过无线传输技术,解决了全站仪、测量小车及后台管理系统之间的数据实时传输。该研究成果可提高测量工作效率,减少人工测量误差。     

CRTSⅢ型轨道板新型翻转吊运技术研究

根据CRTSⅢ型板式无砟轨道板翻转吊运工艺的特点,以及传统翻转吊运工艺中存在的具体问题,采用理论分析、仿真计算和现场试验相结合的方法,研发出了轨道板空中翻转吊具并获得国家知识产权局发明专利。优化了传统轨道板翻转吊运技术,提高了轨道板翻转吊运安全系数和施工工效,减少了轨道板翻转吊运损伤率,最终形成了新型的翻转吊运工艺,有利于标准化作业。减少了人工用量、降低了劳动强度、提高了机械化作业程度,具有良好的应用效果和推广前景。     

先张法预制CRTSⅢ型轨道板技术研究

CRTSⅢ型先张法轨道板采用工厂化批量预制,确保质量可靠,精度可控。京沈客专苏家屯板场对制板技术不断研究实践,过程中通过信息化采集绝缘检测、质量预警数据,自动化控制预应力筋张拉、混凝土蒸汽养护,构配件移动、混凝土布料、轨道板码放的机械化操作,定尺定位配筋、工序流水作业的标准化等措施,保证了CRTSⅢ型先张法轨道板的预制质量、安全和进度,可为类似制板生产提供参考。     

蒸汽养护对高速铁路轨道板混凝土渗透性的影响

为探明蒸汽养护对采用水泥-矿渣粉复合胶凝材料的轨道板混凝土渗透性的影响规律,研究了不同养护条件下(蒸汽养护和标准养护)轨道板混凝土表面吸水率和抗氯离子渗透性能(6h电通量和氯离子扩散系数),并分析了不同蒸汽养护最高恒温温度对复合胶凝材料水化程度的影响.试验结果表明:蒸汽养护能有效提高轨道板混凝土材料早期(28 d)和后期(56 d)抗水渗透能力,而对其抗氯离子渗透能力的改善作用则主要表现在早期,对混凝土后期抗氯离子渗透能力影响不明显;在对复合胶凝材料水化程度的影响方面,蒸汽养护会显著加快水泥-矿渣粉复合胶凝材料体系的水化进程,有利于提高水化产物密实度,蒸汽养护最高恒温不超过60℃对提高水泥基胶     

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...     

CRTSⅢ型无砟轨道先张法轨道板预制工艺研究

新建北京至沈阳铁路客运专线设计速度为350 km/h,设计采用先张法CRTSⅢ型板式无砟轨道结构形式。CRTSⅢ型先张法轨道板具有一次性成型、工艺新、精度高等特点,包括预应力体系设计、钢筋、混凝土及封锚材料以及制造等一系列新工艺、新材料和新技术,需要在施工中结合工程实际做进一步的研究,来优化施工工艺,加快施工进度,确保工程质量。本技术采用多套固定台座模具联合整体张拉、养护、放张的施工工艺,通过汲取CRTSⅡ、Ⅲ型轨道板施工工艺经验,创新使用带锚固板的先张预应力体系。该技术通过在京沈客专苏家屯板场CRTSⅢ型无砟轨道先张法轨道板的预制生产中的成功应用,取得显著的经济、社会和环保效益,实现了先张法轨道板在350 km/h客运专线上的首次规模化应用,为同类产品的预制提供了生产经验和技术支持。     

CRTS Ⅲ型无砟轨道板检测及精调

阐述CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构优化研究思路,介绍CRTS Ⅲ型无砟轨道板检测设备、模具检测、模具底板检测、预埋套管及承轨槽检测、成品板检测方法。针对CRTS Ⅲ型无砟轨道板精调,从精调设备、前期准备、精调测量、数据保存、后期精调结果审核方面进行分析,优化精调方法与流程。     

CRTSⅢ型先张轨道板台座法生产工艺优化

CRTSⅢ型先张轨道板自郑徐客运专线推广应用以来,台座法生产工艺已经比较成熟,但也存在一些不足,需要进一步优化。介绍CRTSⅢ型先张轨道板台座法生产工艺及特点,并重点针对轨道板翘曲变形控制、蒸养、成品轨道板外形尺寸检测技术3个方面,对相关工艺优化问题进行详细探讨。     

CRTSⅢ型轨道板精调方法和精度探讨

介绍CRTSⅢ型轨道板目前通行的精调方法,对该方法的缺点进行分析,并提出改进的精调方法。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板施工技术

盘营铁路客运专线为国内首条时速350 km铺设CRTSⅢ型板式无砟轨道的高速铁路,本文详细介绍CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板在客运专线中的应用及施工方法。     

高速铁路CRTS Ⅲ型板式无砟轨道复合轨道板受力特性研究

复合轨道板为高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道的核心部件。基于现场试验开展了复合轨道板自密实混凝土收缩应力、温度翘曲应力及复合轨道板动应力3方面的试验研究,以进一步了解复杂因素作用下复合轨道板的受力特性。研究表明:板下自密实混凝土龄期达到100 d时,其收缩变形趋势逐渐平缓,由约束引起的板下自密实混凝土收缩拉应力约0.7 MPa;研究提出了正温度梯度作用下复合轨道板温度翘曲应力的实用计算式,以及复合轨道板自密实混凝土纵向动拉应力实用计算式,可推算不同温度梯度及动车组作用下复合轨道板承受温度翘曲应力和动拉应力;综合分析表明,在自密实混凝土收缩、温度梯度、列车荷载等因素作用下,复合轨道板承受的静动态拉应力可达4 MPa,应力幅值较大,受力状态较为复杂。