路基冻胀-融化-沉降循环作用下高速铁路板式无砟轨道伤损演化与变形分析

为研究路基冻胀-融化-沉降循环作用下,无砟轨道结构的伤损演化规律和变形特性,基于有限单元法及混凝土塑性损伤模型,建立路基上单元板式无砟轨道静力分析模型。计算结果表明:(1)小波长条件下,底座板在冻胀过程中易在幅值两侧对应第一块轨道板的板端萌生损伤,但随波长的增加,轨道结构塑性损伤得以缓解;(2)路基冻胀-融化-沉降循环作用引起轨道不平顺,其幅值呈增加-减小-反向增加的变化趋势,但波长较小时,反向增加的幅度极小;(3)路基回落过程中,轨道结构存在部分残余变形;(4)底座板与基床表层间的离缝呈张开-闭合-张开的循环性变化规律,离缝宽度随路基变形幅值的增大而增大;(5)路基变形波长对离缝宽度及纵向分布有极大影响。     

基于冲击回波法识别无砟轨道混凝土结构中的蜂窝伤损深度研究

为了研究高速铁路无砟轨道混凝土结构相继出现不同程度的伤损问题,借助于有限元软件ANSYS LSDYNA 3D数值模拟冲击回波,研究应力波在轨道板中的传播速度和传播规律,采用冲击回波法识别轨道板中蜂窝伤损的深度。研究结果表明:应力波在蜂窝伤损和砂浆界面发生反射,在频谱图中形成不同峰值,通过频谱伤损定位原理可以确定出轨道板中蜂窝伤损的具体深度。     

板式轨道用高弹模水泥沥青砂浆与混凝土黏结性能的试验研究

采用一种直接拉伸法试验研究了水泥乳化沥青砂浆与支承层混凝土（C15）、底座板混凝土（C30）和轨道板蒸养混凝土（C55）的黏结强度及其影响因素。试验结果表明：砂浆配合比（用水量）对砂浆与轨道板蒸养混凝土、底座板混凝土及支承层混凝土的黏结强度影响很小;混凝土表面拉毛显著提高了黏结强度;板腔的润湿状态对砂浆充填层与混凝土的黏结力影响很大;黏结强度随龄期增加而增加,在7d龄期时已基本达到最大值。     

宽窄接缝与CA砂浆耦合伤损对无砟轨道-简支梁桥结构受力性能影响

基于弹性地基梁体理论,考虑宽窄接缝与轨道板之间界面开裂与CA砂浆脱空耦合伤损,建立伤损状态下的CRTS Ⅱ型板式无砟轨道-简支梁桥结构有限元模型,分析宽窄接缝与CA砂浆不同伤损型式和不同位置耦合伤损尺寸在正温度梯度荷载作用下对无砟轨道-简支梁桥结构受力及变形的影响。研究结果表明:宽窄接缝与CA砂浆耦合伤损较宽窄接缝界面开裂或CA砂浆脱空单一伤损型式对结构受力与变形更为不利;当耦合伤损面积超过0.975 m×0.765 m,长度超过0.975 m或宽度超过0.51m时,轨道板拉应力超过其抗拉强度,影响结构的正常使用;随耦合伤损尺寸的增加,轨道板和CA砂浆的垂向位移均显著增大,底座板和桥梁的垂向位移呈微弱减小趋势;宽窄接缝与CA砂浆耦合伤损位于轨道板板边对结构受力和变形影响最大,耦合伤损位于板端次之,耦合伤损位于板角影响最小。     

含黏结界面混凝土断裂特性研究

为研究板式无砟轨道结构蒸养混凝土(SC)与自密实混凝土(SCC)层间界面的断裂破坏特性,制备不同相对缺口高度的含黏结界面混凝土,并对其进行三点弯曲荷载下的断裂特性试验研究.研究结果表明:含黏结界面混凝土在三点弯曲荷载作用下均沿界面破坏,同时裂纹向强度较低的SCC内部拓展,并导致SCC在SC表面剥离;含黏结界面混凝土的荷...     

CRTSⅡ型板式无砟轨道支承层斜裂伤损修复方法

针对CRTSⅡ型板式无砟轨道支承层斜裂伤损,确定了升温膨胀是其伤损的主要原因。在保证列车不中断运营的前提下,提出了钢轨切割、轨道板移除、CA砂浆清理、钢垫梁临时支撑、伤损支承层修复、轨道板复位、砂浆层灌注的结构快速修复作业方案,并配套研发了具有快硬早强特性的CA砂浆材料和聚合物混凝土。应用实践表明,该方法占用天窗数量少,结构恢复快,修复后的轨道几何尺寸能够满足运营需求。可进一步应用于无砟轨道纵连体系结构维修中。     

严寒地区路桥过渡段无砟轨道结构变形及损伤

以路桥过渡段CRTS Ⅲ型板式无砟轨道为研究对象,采用ABAQUS软件,建立非线性分析模型,基于混凝土塑性伤损理论,研究严寒地区路桥过渡段无砟轨道结构的变形及损伤.结果表明:过渡段冻胀变形对底座板损伤影响较大,而过渡段沉降变形对复合板(轨道板与自密实混凝土结合体)和底座板损伤均有影响;当过渡段长度较短时,冻胀变形导致的...     

基于曲率模态法识别轨道板的伤损研究

无砟轨道轨道板在施工和运营中存在空洞及裂缝等伤损,伤损的出现会改变结构的动力学特性,由模态分析理论可知,系统特性的改变必然会引起模态参数的改变。建立轨道板-砂浆有限元模型,通过单元刚度的折减来模拟轨道板单处伤损和多处伤损,运用曲率模态识别伤损的方法对轨道板横向和纵向分别进行曲率模态计算分析。计算结果表明:轨道板横向和纵向任一方向的曲率模态和曲率模态差都能准确的识别出伤损位置,并且可以依据这两个指标识别出轨道板的多处伤损。     

基于高斯曲率识别板式无砟轨道中CA砂浆脱空伤损

板式无砟轨道中CA砂浆在列车荷载、环境温度等多种作用下容易产生脱空等伤损,准确检测出这些伤损显得尤为重要。针对CA砂浆的伤损,建立轨道板-CA砂浆模型,利用有限元软件对系统进行模态分析,通过计算分析得到轨道板的曲率模态,结合高斯曲率确定CA砂浆的伤损及伤损位置。计算结果表明：轨道板的前五阶高斯曲率可以反映伤损的有无及其具体位置,一阶高斯曲率最为明显。轨道板-CA砂浆系统一阶高斯曲率不仅可以准确识别单处CA砂浆伤损,还可以准确识别多处CA砂浆伤损。     

温升荷载下宽窄接缝伤损对轨道板垂向稳定性的影响研究

宽窄接缝伤损是温升作用下 CRTS II 型板式轨道垂向失稳的主要原因之一,通过建立带宽窄接缝伤损的 II 型板式轨道垂向稳定性分析模型,分析了宽窄接缝弹性模量差异,窄接缝破损和宽、窄接缝交界面损伤等对温升荷载下轨道板垂向稳定性的影响。研究表明：温升荷载作用下,窄接缝弹性模量降低比宽窄接缝弹性模量整体降低对轨道板的垂向稳定性影响更为显著,施工时应保证宽窄接缝材料均匀,实现一致的弹性模量;窄接缝破损后,轨道板将出现带尖角的上拱波形,且窄接缝的损伤程度越高,轨道板上拱位移越大,结构越易发生破坏;宽、窄接缝交界面损伤对轨道板的垂向稳定性影响较小。     

温升荷载下宽窄接缝伤损对轨道板垂向稳定性的影响研究

宽窄接缝伤损是温升作用下CRTSⅡ型板式轨道(以下简称"Ⅱ型板")垂向失稳的主要原因之一,通过建立带宽窄接缝伤损的Ⅱ型板式轨道垂向稳定性分析模型,分析宽窄接缝弹性模量差异,窄接缝破损和宽、窄接缝交界面损伤等对温升荷载下轨道板垂向稳定性的影响。研究表明:温升荷载作用下,窄接缝弹性模量降低比宽窄接缝弹性模量整体降低对轨道板的垂向稳定性影响更为显著,施工时应保证宽窄接缝材料均匀,实现一致的弹性模量;窄接缝破损后,轨道板将出现带尖角的上拱波形,且窄接缝的损伤程度越高,轨道板上拱位移越大,结构越易发生破坏;宽、窄接缝交界面损伤对轨道板的垂向稳定性影响较小。     

制动力作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道层间剪切破坏规律研究

层间剪切破坏是CRTSⅡ型板式无砟轨道的主要伤损形式之一。根据CRTSⅡ型板式无砟轨道结构,建立钢轨、轨道板、CA砂浆层、支承层、宽窄接缝三维有限元模型,采用双线性黏结滑移模型模拟CA砂浆层与轨道板间的黏结关系,根据轴距和车辆定距确定轮载与制动力加载位置,研究制动力作用下,不同制动力率、界面参数下轨道板和CA砂浆层间剪切破坏的影响机理。结果表明,制动力率对于界面剪切应力与界面伤损分布影响较小,界面的黏结性能对于制动力作用下的界面剪切应力与界面伤损分布影响较大;制动力对扣件四周的轨道板与CA砂浆界面黏结破坏作用较大,对于板中间位置界面黏结基本无影响;相同制动力作用下,起始伤损位移越小,界面越容易发生伤损;过大的剪切刚度会对层间界面的黏结产生不利影响。     

某线框架板式轨道CA砂浆伤损动力试验研究

为进一步明确无砟轨道部件伤损对轨道结构受力和行车安全的影响,需要对典型病害类型展开现场动力学试验。本次现场试验主要针对框架板式轨道CA砂浆伤损进行动力测试试验,从而分析CA砂浆伤损(碎裂、掉块等)修复前后钢轨及轨道板的动力学响应,评估CA砂浆伤损对轨道结构受力和行车安全的影响,以及针对现场CA砂浆碎裂等病害的现有修复技术加以评估。     

温升荷载下宽窄接缝伤损对轨道板垂向稳定性的影响研究

宽窄接缝伤损是温升作用下 CRTS II 型板式轨道垂向失稳的主要原因之一，通过建立带宽窄接缝伤损的 II 型板式轨道垂向稳定性分析模型，分析了宽窄接缝弹性模量差异，窄接缝破损和宽、窄接缝交界面损伤等对温升荷载下轨道板垂向稳定性的影响。研究表明：温升荷载作用下，窄接缝弹性模量降低比宽窄接缝弹性模量整体降低对轨道板的垂向稳定性影响更为显著，施工时应保证宽窄接缝材料均匀，实现一致的弹性模量；窄接缝破损后，轨道板将出现带尖角的上拱波形，且窄接缝的损伤程度越高，轨道板上拱位移越大，结构越易发生破坏；宽、窄接缝交界面损伤对轨道板的垂向稳定性影响较小。     

温升荷载下宽窄接缝伤损对轨道板垂向稳定性的影响研究

宽窄接缝伤损是温升作用下 CRTS II 型板式轨道垂向失稳的主要原因之一，通过建立带宽窄接缝伤损的 II 型板式轨道垂向稳定性分析模型，分析了宽窄接缝弹性模量差异，窄接缝破损和宽、窄接缝交界面损伤等对温升荷载下轨道板垂向稳定性的影响。研究表明：温升荷载作用下，窄接缝弹性模量降低比宽窄接缝弹性模量整体降低对轨道板的垂向稳定性影响更为显著，施工时应保证宽窄接缝材料均匀，实现一致的弹性模量；窄接缝破损后，轨道板将出现带尖角的上拱波形，且窄接缝的损伤程度越高，轨道板上拱位移越大，结构越易发生破坏；宽、窄接缝交界面损伤对轨道板的垂向稳定性影响较小。     

板端离缝下CRTSⅢ型板式轨道动力特性研究

轨道板与自密实混凝土层之间的板端离缝是CRTSⅢ型板式轨道的主要伤损型式之一,为分析板端离缝对路基上CRTSⅢ型板式轨道动力特性的影响,建立车辆-CRTSⅢ型板式轨道-路基垂向耦合振动模型,研究不同板端离缝长度对车辆和轨道系统动力响应的影响。研究结果表明:板端离缝将增大车辆和轨道结构的动力响应。当脱空长度超过1.54m时,轨道结构的垂向位移出现拐点,扣件系统上拔力接近允许限值10 kN,板端离缝区域附近的自密实混凝土层所受的垂向压应力增大28.75倍。板端离缝导致自密实混凝土层更易发生劣化,从无砟轨道耐久性方面考虑,建议当CRTSⅢ型板式轨道板端离缝长度达到1.54 m时应及时进行养护维修。     

纳米水化硅酸钙在免蒸养轨道板中的应用研究北大核心

采用水化微量热仪等测试手段研究了纳米水化硅酸钙(N‑C‑S‑H)对水泥水化及砂浆抗压强度的影响,并开展了基于N‑C‑S‑H的免蒸养轨道板的试应用。结果表明:掺加N‑C‑S‑H能提高水泥的水化放热速率和总水化放热量,且当N‑C‑S‑H掺量超过6.0%后,水泥水化放热第二峰值不再继续提高;掺加N‑C‑S‑H能显著提高砂浆8 h和12 h抗压强度,且随着N‑C‑S‑H掺量的增加,砂浆抗压强度先提高后降低;在25℃养护条件下,掺加1%N‑C‑S‑H可达到轨道板混凝土免蒸养强度要求。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层伤损修复研究

CRTSⅡ型板式无砟轨道通过30 mm 厚的砂浆充填层实现轨道板的均匀支承及与底座板(支承层)的连接,因此砂浆层应满足强度和弹性双重要求.通过对高速铁路 CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层伤损调研,将砂浆层伤损分为离缝、裂缝、缺损掉块及泛浆四种类型,在对不同类型伤损进行原因分析的基础上,提出伤损判定标准和检查方法,并给出砂浆层不同伤损的修复方法和注意事项,为砂浆层养护维修技术提供支撑,保证线路安全运营.     

CRTSⅢ型板式无砟轨道充填层自密实混凝土碳化及力学性能演变的研究

研究了CRTSⅢ型板式无砟轨道结构底座板、充填层和轨道板所用3类典型混凝土材料的碳化性能,并对上述3类混凝土材料单一和复合试件在碳化前后的抗压应力-应变特性进行了实验测试。研究结果表明:与普通自密实混凝土相比,掺入橡胶粉和乳化沥青的自密实混凝土碳化系数显著降低。碳化作用后混凝土底座板、轨道板和普通自密实混凝土充填层材料均呈现韧性降低,脆性增大,但掺入了橡胶粉和乳化沥青的自密实混凝土充填层材料碳化前后应力应变曲线变化不显著,材料的韧性得到改善。当充填层自密实混凝土掺入韧性组分后,由底座板、充填层和轨道板材料组成的复合体(试件)在标养和碳化条件下均呈现较好的韧性,有助于改善CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的动力学性能。     

活性粉末混凝土早期收缩规律及其控制方法

使用振弦式应变计测量蒸汽养护活性粉末混凝土材料7d内的收缩值变形情况,研究活性粉末混凝土早期各阶段的收缩规律及其控制方法。研究表明:高温蒸养活性粉末混凝土7d内的总收缩应变高达1 800×10-6;收缩发展过程分为5个阶段:蒸养前以塑性收缩为主,应变为1 000×10-6~1 200×10-6;蒸养初期升温阶段以升温和吸湿膨胀为主,应变为550×10-6~650×10-6;蒸养期间以自收缩和化学收缩为主,应变为600×10-6~700×10-6;蒸养降温阶段以降温收缩和干燥收缩为主,应变为300×10-6~400×10-6;蒸养结束后3d内的收缩应变小于30×10-6,主要是干燥收缩。用粉煤灰和矿粉替代部分硅粉对活性粉末混凝土早期收缩有显著的抑制作用,矿粉主要抑制活性粉末混凝土蒸养过程中的自收缩,在较低掺量下作用效果优于粉煤灰,而粉煤灰主要抑制活性粉末混凝土的干燥收缩,在较高掺量下可以更有效降低蒸养结束时刻温湿度突变造成活性粉末混凝土开裂的风险。减缩剂和膨胀剂均可有效抑制活性粉末混凝土的早期收缩以及收缩开裂的风险,但掺入过高的膨胀剂会造成水泥水化初期的塑性收缩大幅增加,应予以特别注意。