高温荷载下CRTSⅡ型 板式轨道上拱变形特性研究

基于CRTSⅡ型板式轨道在高温荷载作用下的上拱变形是一种比较典型的病害,将功的互等法应用到实际工程中,推导高温荷载作用下弹性薄板的功的互等定理,建立适用于两对边简支两对边自由的轨道板上拱计算模型。分析Ⅱ型板式轨道在温度荷载作用下的上拱变形特性,研究结果表明:在高温荷载作用下轨道板的上拱位移随纵向位置的变化呈正弦曲线变化趋势。分析不同因素对Ⅱ型板式轨道板上拱变形的影响,研究Ⅱ型板式轨道的上拱变形特性。从轨道板垂向稳定性和行车安全性角度,提出优化轨道结构参数和层间病害修补时机的建议。     

CRTSⅡ型板式轨道高温稳定性的影响因素研究

根据CRTSⅡ型板式无砟轨道上拱后的受力和变形特点,建立轨道板的垂向稳定性仿真分析模型,通过缩尺模型进行试验验证,并利用有限元法分析初始上拱、温度梯度、假缝和钢轨等对其垂向稳定性的影响.研究表明:轨道板初始上拱是轨道板失稳的关键影响因素,初始上拱矢度越大,轨道板的稳定性越差,若初始上拱矢度≥20 mm,轨道板会有整体失...     

CRTS Ⅱ型无砟轨道预加固植筋方案适应的升温幅度

对CRTS Ⅱ型轨道板上拱病害进行预防加固的常见措施为在每块轨道板两端分别植入销钉。为研究植筋方案对升温幅度的适应性,根据销钉抗拔抗剪试验结果,建立CRTS Ⅱ型无砟轨道-销钉锚固体系有限元模型,计算分析轨道板无初拱变形、轨道板有初拱变形和考虑窄接缝缺损三种初始状态下,轨道板垂向位移及销钉拉拔力随轨道板升温幅度的变化规律,并分析植筋数量和销钉刚度的影响。结果表明：无宽窄接缝损伤时,既有植筋方案可保障轨道系统的稳定性;考虑窄接缝完全缺损的最不利情况时,既有植筋方案适应的升温幅度约为30.9℃。增加植筋数量对锚固性能的提高效果不明显;建议销钉抗拔刚度控制在55～100 kN/mm,且尽量偏小。     

CRTSⅡ型板销钉锚固限位与受力特性分析

通过建立CRTSⅡ型板高温上拱稳定性及销钉锚固性能综合分析模型,研究销钉尺寸和数量等对下轨道板上拱位移和受力的影响,提出合理的销钉锚固布设方案。研究结果表明:植入销钉可有效控制轨道板上拱变形,并使销钉结构受到应力集中作用,锚固区轨道板局部横向受拉、纵向受压;销钉直径越大,对轨道板的位移限制能力越强,但同时增大轨道板受拉破坏的风险;销钉的布置方式对轨道板局部应力无明显影响,但抑制板上拱位移效果有所差别。为保证高温下CRTSⅡ型板的服役状态,结合现场实际温度选用4组以上的销钉较为有利。     

施工过程中CRTS Ⅱ型轨道板竖向上拱变形研究

研究目的:CRTSⅡ型板式无砟轨道施工过程中,轨道板窄缝浇筑后纵连前,轨道板处于一种偏心受压状态,在温度荷载作用下轨道板容易产生上拱变形现象。本文利用ANSYS软件,建立温度荷载作用下CRTSⅡ型轨道板上拱变形有限元力学分析模型。通过对轨道板上拱变形过程模拟,分析其上拱变形的基本规律,以及砂浆层粘结强度、板边离缝深度和轨道板温度梯度对轨道板竖向上拱临界温升幅度的影响。研究结论:(1)轨道板上拱变形从板端约第一扣件处逐渐向板中蔓延,当达到某一临界温升幅度ΔT时,将导致轨道板与砂浆层的粘结失效而分离;(2)轨道板上拱临界温升幅度随着粘接强度增大而增大,增大轨道板与砂浆层的粘结强度,不仅可以抑制和延缓轨道板上拱的发生,同时可减小板边上拱程度;(3)施工过程中,采取措施减少轨道板与砂浆层的离缝面积,有利于提高轨道板上拱的临界温升幅度;(4)温度梯度的作用会加速轨道板上拱变形;(5)不同温度状态下的轨道板上拱变形现象,可反映出轨道板与砂浆层之间的不同粘结状态;(6)该研究成果对于完善CRTSⅡ型板式轨道的施工技术具有指导意义。     

高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道预防性加固方案及应用

为了加强高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道在持续高温条件下的结构稳定性,降低轨道板上拱风险,提出了轨道板植筋锚固预防性加固方案.建立有限元模型,计算温度荷载作用下轨道结构及销钉的受力情况和轨道板的竖向位移,分析了方案的可行性;将该方案应用于实际线路,监测表征轨道结构总体稳定性的关键参数,现场验证了预防性加固方案的实施效果...     

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。     

纵连板式轨道稳定性分析及上拱整治研究

研究目的:针对持续高温天气下纵连板式轨道上拱变形问题,本文依据弹性薄板理论构建稳定性分析模型,并根据CA砂浆层间黏结强度的内聚力模型,分弹性损伤、层间脱黏以及离缝上拱三个阶段建立系统总能量方程,运用能量变分原理和瑞利-里兹法,确定纵连板式轨道上拱变形的全过程平衡路径及失稳临界条件。研究结论:(1)在运营损伤工况下轨道板失稳的最不利临界温升为20. 53℃;(2)钢轨温度力向上分量对单块轨道板的作用合力达19. 866 kN,对轨道板上拱的影响较为显著;(3)窄接缝破损可导致层间脱黏阶段临界温升降低3. 91%;(4) CA砂浆黏结强度下降20%可导致层间脱黏阶段失稳临界温升下降17. 24%;(5)轨道板纵向阻力由55%降低至10%,最小失稳临界温升可降低32. 81%;(6)轨道板厚度增加10 mm,最小失稳临界温升可提高6. 03%;(7)该研究成果可为纵连板式轨道及其他既有轨道结构的病害整治措施提供理论参考。     

高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道稳定性理论研究

研究目的:目前,纵连轨道板上拱是我国CRTSⅡ型板式轨道主要伤损类型之一。本文基于微分方程法和能量法相结合,采用单波弯曲变形曲线,建立更加符合纵连轨道板实际状态的直板和考虑竖曲线的曲板稳定性分析模型,推导得出稳定性计算公式,研究轨道板稳定性相关参数的影响规律。研究结论:(1)CRTSⅡ型板式无砟轨道应参照无缝线路稳定性理论进行纵连轨道板稳定性分析,得出轨道板最小临界温升幅度,为确定施工锁定板温提供依据;(2)轨道板与砂浆层界面的离缝或削弱是造成轨道板上拱的最直接原因,CA砂浆黏结强度的降低可导致轨道板臌曲临界力大幅度下降,CA砂浆黏结强度降低50%时,临界板温降低25%;轨道板纵向阻力降低50%时,最小临界板温降低5.7%,临界正矢增加38.1%;轨道板初始弯曲越大,最小临界板温越低,临界波长也变长,临界正矢减小;竖曲线对轨道板稳定性的影响很小,最小临界温度力降低不超过1%;(3)本研究成果阐明了纵连轨道板上拱的力学机理和诸多关键参数的影响规律,可为高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道稳定性研究提供理论参考。     

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。     

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。     

接缝弱化后纵连板式无砟轨道温度效应研究

目前,纵连板式无砟轨道夏季高温胀板问题严重。高温产生的巨大温度应力导致轨道结构发生众多病害,其中,轨道板上拱尤为严重,已威胁高速列车的运营安全。为有效释放结构内部的温度应力,减少病害发生,通过建立设有弹性填充层的纵连板式无砟轨道计算模型,引入内聚力单元和混凝土损伤塑性本构,探讨两种节段长度及不同弹性模量下,整体温升作用时,宽窄接缝弱化对轨道结构应力、变形及损伤的影响。研究表明：(1)设置弹性填充层后,轨道板和接缝的纵向应力均得到一定程度释放,但会伴随着发生局部偏心和应力增加;(2)弹性填充层的设置会使接缝、轨道板和层间界面损伤产生的临界温升降低,结构损伤较大时,轨道板和接缝的应力释放会受到限制,并且弹性填充层附近也会产生一定上拱增量;(3)两种节段长度下,损伤和应力释放量均会随着弹性模量降低逐渐增大,因此,节段长度为4块板时,弹性填充层弹性模量选取建议高于1 775 MPa并低于3 550 MPa,节段长度为3块板时,弹性填充层弹性模量选取建议高于355 MPa并低于1 775 MPa;(4)两种节段长度下,随着弹性模量降低,轨道板和钢轨最大上拱增量逐渐增大,对于钢轨,两种节段长度下的...     

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。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道台后锚固结构上拱变形原因分析

以沪昆高速铁路典型路桥过渡段为例,通过轨道线形测量、现场监测、现场调研、数值模拟等手段,分析CRTSⅡ型板式无砟轨道台后锚固结构上拱变形原因。结果表明：台后锚固结构上拱变形主要是因为路基上拱及横向挡块受温度纵向力传递的影响;自竣工以来研究区段存在路基上拱变形现象,且在路桥结合处较为显著,路基土层中1～2 m范围上拱量占总上拱量的90%;过渡段中部摩擦板上拱变形随温度的周期性变化而变化,推测是由于横向挡块阻挡温度纵向力传递所致,靠近大端刺附近的摩擦板变形在-1～1 mm振荡,随温度变化影响不显著;绑定横向挡块纵向位移时,最大上拱变形为5.23 mm。     

路基膨胀引起轨道上拱响应特征研究

通过对高铁无砟轨道的钢轨上拱问题进行数值模拟,研究3种工况(基床底层、泥岩地基、基床底层+泥岩地基)不同膨胀率变形情况下,钢轨产生的上拱位移以及膨胀应力响应规律。研究结果表明:对应3种工况下膨胀率为0.15%,0.06%和0.04%时的钢轨上拱量接近高铁轨道可调节的临界值,并发现由路基结构膨胀引起的钢轨上拱病害的空间分布仅与路基结构层发生的膨胀范围有关,而与膨胀变形的程度与发生膨胀变形的结构层位无关。进一步分析发现,由于钢轨与轨道板之间的牢固连接,在路基膨胀段与非膨胀段的共同作用下钢轨上拱拱顶与拱脚处分别表现为全截面受拉与全截面受压的应力状态,同时3种工况下当膨胀率小于0.5%时,各结构层的膨胀率与钢轨的上拱位移以及轴向主拉应力均呈现良好的线性关系。     

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。     

基于分布式光纤传感的轨道板上拱监测技术研究

为主动管控轨道板上拱病害,依据分布式光纤传感技术特点,从光纤布设、监测设备、监测系统集成等方面,提出了轨道板上拱监测技术方案,并通过实尺模型试验验证了方案的可行性。试验结果表明:在模拟轨道板上拱的过程中,光纤的对应点位信号变化显著;圆形光缆应变波形稳定,能更好地满足方案设计要求;轨道板上拱位移与光纤应变测量结果存在线性关系,拟合推算的上拱位移误差较小,为后期投入现场运营提供了支撑。     

温度作用下层间离缝对纵连板式无砟轨道稳定性的影响

为降低夏季持续高温季节高速铁路线路中纵连板式轨道板胀板的风险及危害性,采用有限元仿真分析方法,对温度作用下层间离缝高度对于轨道板稳定性的影响进行了分析研究。通过建立无砟轨道结构全要素精细有限元分析模型,分别研究了高度均匀离缝和高度不均匀离缝对轨道板温度上拱变形的影响规律。分析结果表明,在均匀离缝两端的轨道板以及不均匀离缝位置对应的轨道板温度上拱变形随着离缝值的增大而显著增大,严重时可能干扰正常运营。     

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。