东北极端低温条件下板式无砟轨道温度场特性

基于环境监测资料和热力学基础理论,建立CRTSⅠ型板式无砟轨道三维瞬态温度场模型,分析哈尔滨地区冬季极端低温气象条件下无砟轨道温度场分布规律和影响因素,确定东北严寒地区无砟轨道性能分析的温度参数。结果表明：无砟轨道温度场分布的影响因素包括极端气温、轨道板吸收率、风速等;无砟轨道内温度变化滞后于环境温度,轨道板板顶及板边的日温度变化幅度较大;沿轨道板板顶向下,温度场呈非线性变化,温度波动幅值不断缩小;轨道板吸收率越大,则板顶温度及温度梯度越高;风速越大,板顶温度越低,轨道板内正温度梯度越小,负温度梯度越大;建议东北极端低温条件下轨道板的温度参数取正温度梯度75℃/m,负温度梯度-25℃/m。     

CRTSⅢ型无砟轨道冬季温度场特性

为研究CRTSⅢ型无砟轨道温度场分布规律,在昌赣客运专线外进行足尺无砟轨道板温度场监测,基于统计学原理分析冬季轨道结构温度变化规律并提出适合CRTSⅢ型无砟轨道的竖向温度梯度预估模型.研究结果表明:CRTSⅢ型无砟轨道结构温度场受外界环境影响较大,其中轨道板顶面温度变化最为明显,沿深度方向各结构层温度峰值有明显的滞后现象;竖向温度梯度大于横向温度梯度,对结构温度影响起主导作用;日太阳辐射总量和最大温度梯度具有较好的相关性,据此建立了冬季日最大温度梯度经验回归公式,可为不同气候条件下的CRTSⅢ型无砟轨道的温度梯度研究提供参考.     

基于热传递的寒区铁路桥台温度场规律研究

寒区铁路桥台受恶劣气候条件带来的温度场变化影响，产生了多种结构病害并威胁着线路运营安全。针对这一问题，本文建立典型铁路桥台有限元模型，研究建设完工后一年周期内的温度场变化规律，分析了台前及台后土体一定埋深范围内地温曲线的变化特征，对比分析了不同土质条件下的冻结深度差异。研究表明：桥台完工后的初始温度影响了台后土的地温分布，桥台建设及台后土的填筑导致地温温度场进行了重分布；在初始温度相同情况下，土体参数的不同导致冻结深度不同，冻胀土体冻结深度明显大于不冻胀土体，本文计算的最大冻结深度达7 m。     

变温重载作用下沥青路面结构动态变形特性研究

采用ABAQUS软件建立沥青路面三维模型,根据某工程所在地区7月份1天代表性温度,考虑沥青路面的材料性质随温度变化的特征,进行变温重载下路面结构温度场及变形分析。改变行车速度、接地压力等,量化不同深度结构层永久变形、剪切蠕变特征。结果表明,永久变形、剪切蠕变值在整个行车道路横向范围内呈正负交替变化;慢速(20～60 km/h)时,车速增大对永久变形、剪切蠕变的减小程度均明显高于快速(80～120 km/h),永久变形、剪切蠕变主要出现在上中面层;行车速度低于60 km/h、接地压力大于0.9 MPa,路面永久变形发展快速增加。在夏季高温季节应限制慢速交通和超载重载车辆,适时错峰出行和洒水降温能有效减少车辙破坏。     

压入式通风对高地温隧道衬砌的降温效果分析

以拉萨—林芝铁路桑珠岭隧道工程为依托,分析高地温隧道温度场的分布规律及高地热环境对隧道结构力学性能的影响,并且采用有限元软件分析了压入式通风对高地温隧道衬砌的降温效果。研究结果表明:隧道初始温度场的温度越高,开挖的影响范围就越大,对隧道结构的力学性能影响越大;为了保障施工及运营安全,必须持续降低隧道内的温度;采用压入式通风方法可有效降低隧道内环境温度,当通风速度达到35 m/s时,降温率可达43.3%。     

多年冻土地区铁路路基水热过程研究

为研究寒区铁路路基水热动态过程,以北麓河地区路基试验段道砟覆盖路面、无道砟路面(砂砾路面)和天然场地的水分、温度、热通量和降水等数据为基础,分析铁路路基活动层水热宏观迁移规律、活动层水分累积情况及降水对路基热状况的影响。结果表明:路基活动层各深度地温随时间呈正弦规律变化,道砟层能够有效减少外部热量进入路基,道砟路面年平均地温和年较差明显低于砂砾路面;融化期间路基液态水和降水向下运移,冻结过程中水分向冻结锋面运移;夏季强降雨和持续降雨对浅层路基(高度75cm)短期水热有明显影响,但路基长期水热受降雨影响不明显,也未出现明显水分累积;降雨入渗、地表蒸发伴随的液态水和水汽运移对铁路路基表层水热影响不可忽略。     

高地温隧道注浆节理剪切损伤本构模型研究

高地温环境对水泥浆在硬化过程中造成的损伤，直接影响隧道围岩注浆节理的剪切性能和注浆加固的效果。主要考虑高温和法向应力2个影响因素，并采用能反映高地温隧道施工期间温度场真实变化过程的高温变温养护方法，进行浆-岩复合体试件的养护，并开展室内注浆节理直剪试验，由此获得不同初始养护温度和法向应力条件下的注浆节理剪切破坏特征、剪切应力位移曲线等；利用浆-岩界面扫描电镜（SEM）试验，分析高温变温养护对水泥浆微观结构的影响规律；在此基础上，引进统计损伤理论，建立考虑温度损伤的注浆节理剪切本构模型。结果表明：注浆节理剪切破坏模式在初始养护温度40℃时表现为胶结面破坏，60和80℃时表现为混合剪切破坏，且温度越高，水泥浆在破坏面中的占比越高；高温导致水泥浆微观上水化产物搭接不紧密，微孔隙、微裂缝发育，且温度越高，水泥浆微观损伤越严重；初始养护温度与注浆节理峰值剪切强度、剪切刚度呈负相关，与峰值剪切位移呈正相关，初始养护温度与法向应力的叠加效应对注浆节理剪切性能的影响较为明显；考虑温度损伤效应的注浆节理剪切本构模型，与试验结果有较好的吻合度，可为高地温隧道注浆节理剪切问题的相关研究和注浆加固设计提供借鉴...     

地面沉降对路基上单元板式无砟轨道平顺性的影响分析

为揭示地面沉降对路基上单元板式无砟轨道平顺性的影响规律,通过建立路基上板式无砟轨道-路基有限元实体模型,充分考虑无砟轨道和路基的特性及其之间的接触方式,改变轨道结构层厚度和粘结方式,以此来进行地面沉降幅值、轨道结构层厚度和结构层间离缝对轨道不平顺的影响的研究。结果表明:地面发生沉降时,无砟轨道会发生跟随性的沉降,从上到下各层沉降值依次增大,且地面沉降幅值越大,轨道不平顺越明显;轨道结构层厚度越大,地面沉降对轨道平顺性的影响越小;轨道结构层间离缝对轨道平顺性有很大影响,尤其是无砟轨道与道床之间出现离缝时。     

消防灭火过程中火灾温度场研究

目前,对于火灾升温阶段及自然冷却降温过程的温度场变化已经有了一定的研究,而对消防过程中由于消防水作用迅速冷却的温度场分布变化规律的研究还相对较少。本文建立单室结构模型,利用FDS软件中的喷淋系统,模拟消防过程中的喷水灭火,研究了消防灭火过程中室内温度场的变化。模拟过程中考虑初始消防时间、喷头单位时间流量等对空间温度场分布及变化的影响,得到了单室建筑在灭火过程中的空间温度分布和温度梯度变化特点。研究发现,在消防冷却过程中,室内温度场在消防介入瞬间,离消防水较近区域会出现明显的温度骤降,离消防水较远区域温度下降相比较为平缓,造成了空间温度梯度极为不均。     

川藏铁路季节性冻土区粗颗粒土边坡温度场特征

以川藏铁路新都桥季节性冻土区粗颗粒土边坡为研究对象,通过建立边坡非稳态相变温度场的数学模型,并结合现场监测,分析边坡冻融界面变化规律、温度场分布特征及边坡不同部位的温度场分布特征。结果表明:新都桥地区粗颗粒土边坡最大冻结深度在0.8~1.0 m,且地表以下2 m范围内温度梯度随时间变化最为剧烈;边坡非恒温层范围内温度场随大气温度变化呈正弦规律变化,且从地表至地下4 m温度变化相对滞后0~3个月;此外,边坡不同部位最大冻结深度约有0~30 cm的差异。     

青藏铁路多年冻土区普通路基地温监测及其预测分析

青藏铁路多年冻土区局部地段以普通路基形式通过,其稳定性与铁路的正常运营密切相关。2002～2003年在北麓河布置了普通路基试验段,用于监测路基的温度状态。基于监测资料,分析路基边坡温度变化过程、路基及下部土体温度场分布以及进入多年冻土的热流量。结果表明,阳坡面年平均温度比阴坡面高2.9℃,阴坡面温度年较差比阳坡面大2.2℃。受地表温度边界条件控制,路基阳坡下土体融化深度明显大于阴坡,且路基下部土体处于升温状态。路基下部土体不同部位主要表现为吸热强度逐年略有减小的吸热状态。模拟计算50年气温升高1℃条件下路基温度场,结果表明50年后路基冻土上限下降明显,并且冻土温度主要介于0～-0.5℃之间。     

深季节冻土区涵洞温度场分布规律测试分析

以深季节冻土区在建火渤铁路工程为依托,通过对涵洞温度场的现场监测,分析总结涵洞外侧和洞内温度场分布规律,测试结果表明:(1)涵洞外侧温度场分布曲线随季节变化呈近似正弦分布。(2)冬季低温时,涵洞顶部路基本体温度随深度的增加而逐渐升高,但均为负温,内外温差较小。(3)涵洞外壁温度场呈现出明显的阴阳坡效应,阳坡测点温度较阴坡大1.9℃左右。(4)涵洞洞内各测点温度相差不大,由于风流场作用,涵洞各截面较高温度测点均出现在涵洞涵角处,涵角温度高于其他测点1.2℃左右。测试分析结果可为深季节冻土区涵洞的设计与施工提供参考。     

预应力撑杆加固钢筋混凝土柱的试验研究

在钢筋混凝土偏心受压柱承受一定初始荷载下,改变钢筋混凝土柱的初始偏心距和加固撑杆的预应力大小,进行加固撑杆应力试验研究。结果表明,偏心受压柱初始压应变及撑杆预应力对加固效果有明显影响,撑杆预应力越大,撑杆对钢筋混凝土柱的卸载效果越明显,在柱破坏时,撑杆承受的应力越高,越能有效缓解撑杆相对于柱的应力滞后效应;初始压应变越大,越应相应提高撑杆预应力,从而充分发挥撑杆承载能力。     

路堤块石自然对流特性的室内试验研究

通过室内试验,对青藏铁路路堤块石自然对流过程中风速场和温度场特性及其变化规律进行研究。结果表明:在初始控温一段时间后,风速场趋于稳定,对流涡包由无序状态逐渐发展为单胞状态;降温过程中,块石层内温度场的变化较规律,尽管对流涡包形状和大小稍有变化,但一直处于单胞状态,对流中心位于块石层中部;尽管温度场变化会引起风速场变化,但当温差达到一定值后,虽继续增大,最大风速基本不再变化,且仍位于块石层中部;自然调温过程中,由于产生热交换,块石层内温度场发生较大变化,块石层内整体温度升高,且温度场变化较混乱,风速场极不稳定,对流涡包由较为规则的单胞状态,逐渐进入无序状态。     

CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基动力响应现场试验研究

为研究运营多年后高速铁路无砟轨道路基振动特性，对沪宁城际高铁路基段进行了现场实车测试。结果表明：板端位置，无砟轨道路基各结构层振动加速度值沿垂向快速衰减，呈指数趋势；板中位置，无砟轨道路基各结构层振动加速度值沿垂向平缓衰减，呈大致线性趋势。路基面和路肩处振动加速度值在板端、板中位置均较为接近；板端特殊位置主要对轨道板和底座板的振动响应有放大效应，且列车速度对板端振动加速度的放大效应最为显著。无砟轨道路基结构中轨道板、底座板振动位移随列车运营速度的变化大致呈线性关系，而路基封闭层和路肩位置振动位移随车速提高变化趋势不明显，与京津、武广、郑西等高铁路基内侧所测动位移分布规律一致。     

多年冻土区铁路通风路基室内模型试验研究

介绍了青藏铁路多年冻土区通风结构路基内模型试验的研究结果。分析了模型路基典型部位的温度随时间的变化情况及整个路基2个典型断面在最低负温，最高正温和融化期结束时的温度场特征。通过对不同周期内对应时刻温度场的对比分析表明：随着时间的推移，路基土体的温度有明显的降低，最大融化深度有逐渐减小，这说明通风管路基结构形式能够有效地为路基提供冷能，发挥保护冻土，维持路基稳定性的作用。沿着风向方向，路基温度场呈不对称分布；通过通风管中心的断面和位于两根通风管中间的断面温度场在同一时刻非常相似，说明在路基的横断面上温度分布是对称的。     

青藏铁路多年冻土区路堤阴阳坡差异分析

在多年冻土区修建铁路路堤,打破了原来天然地表与外界的热力平衡,引起地下温度场重新分布。通过对青藏铁路清水河试验段3年温度和变形数据的分析,研究路堤内阴阳坡温度场差异及其对冻土路堤变形以及稳定性的影响。研究结果表明:路堤阴阳坡的温度场在空间上不对称,时间上不同步,在8—9月阳坡冻融线下降速度明显大于阴坡,在10月下旬阴坡表层和深层的回冻速度远远大于阳坡的回冻速度;阴阳坡两侧路肩表层的融沉速率明显不同,阳坡路肩表层的沉降量明显大于阴坡路肩,并且随着时间的延续,阴阳坡路肩深层的融沉也有不对称发展的趋势;经过3个冻融循环后,路堤阴阳坡温度场、变形场仍不稳定,不对称仍在发展。     

高墩大跨度上承式连续钢桁梁桥温致变形规律

桥梁的纵向位移受活载影响较小，温度效应是影响大跨度钢桥变形行为及受力规律的重要因素，直接关系到桥梁结构安全。本文以墩高154 m，孔跨布置（108.0+151.5+249.0+151.5+108.0）m的上承式连续钢桁梁为背景，依据桥梁监测数据分析了高墩大跨度上承式钢桁梁桥包括结构温度场时变特征，以及桥梁支座位移、桥面纵向位移、温度零点等随温度及时间的变化规律。结果表明：钢桁梁桥温度场在时间维度上存在明显变化，相对于年温度场的变化，大桥日温度场变化较为显著；在同一大气温度条件下，各测点温度波峰出现的时间存在时滞效应；两侧桥台处支座及伸缩缝位移与日温差变化关联性较强。桥梁边墩支座纵向位移与温度近似呈线性关系，但中墩支座活动性能不良，说明在环境温度作用下，支座未能克服桥梁上部结构自重引起的摩阻力，桥梁结构的整体受力与理想设计状态有所差异；由于支座摩阻力不可忽略，桥梁温度零点位置随着温度的变化而发生漂移，且与原设计位置偏差较远，导致各测点纵向位移和日温差的相关性与原设计状态存在偏差。     

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。     

季节性冻土区隧道保温层御寒保温技术研究

为了满足交通的便捷和时效性,我国修建在寒区的隧道工程越来越多。针对困扰季节性寒区隧道工程的冻害问题,以季冻区桦皮岭隧道为依托,开展寒区隧道保温层御寒保温技术研究。首先,开展现场环境温度和竖直钻孔隧道洞口段围岩温度场变化监测,获得计算模型所需精准温度荷载及地表活动层围岩温度场受影响范围;其次,建立基于Fluent流体计算软件的"围岩-衬砌-保温层-空气"气固耦合计算模型,并通过对比现场地勘资料验证计算模型的合理性;最后,对不同保温材质、不同铺设厚度和铺挂方式进行了对比分析。结果表明:围岩温度场随外界大气温度呈近似三角函数周期变化,但"滞后效应"明显;地表活动层围岩温度受影响范围约为8 m;设置保温层处内外温度存在"跳跃"现象,内外温差最高达8℃;硬质聚氨酯保温材料较聚酚醛泡沫塑料和泡沫玻璃御寒保温效果分别提高了近20.6%和80.9%;最优保温层厚度为5 cm,最优铺挂方式为衬砌内表面铺设。