高速铁路桥隧过渡段钢轨温度和纵向变形试验

研究目的:为得到高速铁路过渡段处钢轨温度沿纵向分布规律以及钢轨纵向位移变化特征,以合福高铁某桥隧过渡段为研究对象,对钢轨温度和纵向变形进行连续监测,以期为过渡段处无缝线路的稳定性研究提供参考。研究结论:(1)隧道洞口20 m范围内将形成轨温过渡段,局部最大温度梯度可达6.9℃/m,远大于温度梯度按线性分布计算所得的1.55℃/m;(2)过渡段处钢轨随着日温差的变化,其纵向位移变化显著,最大日轨温差为34.9℃,最大日变化量为1.6 mm;(3)过渡段处钢轨纵向位移呈现由桥梁向着隧道方向线性累积增加的趋势,最大累积变形量为2 mm;通车后累积变形速率为0.016 9 mm/d,大于通车前的0.014 7 mm/d;(4)基于最小二乘法建立了轨温过渡段钢轨温度沿线分布模式,以及钢轨日温差与钢轨纵向位移日变化量预估模型,得出:拟合精度较高,回归模型可靠;(5)本研究结论可为高速铁路无砟轨道桥隧过渡段钢轨温度力和纵向爬行提供研究基础。     

长大混凝土桥梁无砟轨道温度跨度的研究

研究目的:大跨度混凝土桥上铺设无砟轨道和无缝线路是我国客运专线建设的关键技术之一,对桥梁和轨道工程都是一个严峻考验。对于长大混凝土桥上无缝线路,是否设置钢轨伸缩调节器是困扰长大混凝土桥上无缝线路设计的难题。本文对我国大跨度桥梁无砟轨道无缝线路设计进行研究分析。研究结论:通过对我国大跨度桥梁无砟轨道无缝线路设计研究分析和既有长大混凝土桥梁工点无砟轨道无缝线路运营情况现场调研发现;(1)铺设无砟轨道的大跨度混凝土桥梁温度跨度超过一定范围将引起轨道结构的病害;(2)通过在桥上采用小阻力扣件即减小桥上扣件的纵向阻力,可以降低钢轨最大纵向附加力及轨道结构的受力;(3)随着桥梁温差取值的增大,钢轨与桥墩受力及轨道和桥梁结构的变形都有明显增大;(4)必须加大大跨度桥上无缝线路监测的力度,加强无缝线路设计参数的试验研究。     

桥隧过渡段轨温与钢轨纵向位移的映射关系

研究目的:桥隧过渡段处钢轨在梯度温度力作用下将发生纵向爬行,影响无缝线路稳定性。本文以轨温过渡区钢轨为研究对象,建立钢轨位移微分方程,推导轨温分布与钢轨纵向位移的映射关系,从而揭示影响无砟轨道钢轨爬行的规律。研究结论:(1)考虑扣件阻力非线性的钢轨纵向位移量和变形范围均远大于线性阻力模型;对钢轨最大位移量而言,轨温非线性分布相较于线性分布高出5.3%～38.6%,建议同时考虑轨温和纵向阻力非线性以准确获得过渡段钢轨爬行位移;(2)轨温差一定时,随着最大温度力梯度倍数k从1.5变化至3.5,轨温过渡区长度为10 m时,钢轨最大纵向位移增加了7%,而过渡区长度为40 m和50 m时分别增加了26.7%和32.8%,因此对于轨温差大、轨温过渡区长的过渡段,更应关注轨温非线性分布;(3)扣件极限阻力增大将使钢轨爬行量显著降低,但影响程度有限,极限阻力从6.5 kN/(m·轨)增加至12 kN/(m·轨),钢轨位移量下降40.8%～49.2%,而从24 kN/(m·轨)增加至30 kN/(m·轨),仅下降12.8%～24.4%;(4)推导的解析表达式能够准确描述各参数与钢轨纵向位移的映射关系,对于进一步研究过渡段钢轨受力特性以及改善无缝线路稳定性具有参考价值。     

高铁长大桥上不同无砟轨道无缝线路受力研究

研究目的:为对比桥上铺设不同无砟轨道时对应无缝线路受力规律,本文基于有限元方法及梁轨相互作用原理,分别建立大跨度桥上纵连板式、单元板式及双块式无砟轨道有限元模型,分析实测温度工况及制挠力耦合作用下,不同无砟轨道对应的无缝线路受力规律及桥梁理论最大温度跨度,并比较制动墩墩顶刚度、扣件阻力等参数对无缝线路受力及最大温度跨度的影响。研究结论:(1)相同桥梁温度跨度下,双块式无砟轨道钢轨附加应力最大,纵连板式无砟轨道钢轨附加应力最小,且纵连板式无砟轨道钢轨附加应力远小于铺设单元板式或双块式无砟轨道时对应钢轨附加应力;(2)采用常阻力扣件时,当制动墩墩顶刚度由1 500 k N/cm增大到8 000 k N/cm时,单元板式无砟轨道最大温度跨度由93.3 m增大到105 m,双块式无砟轨道最大温度跨度由60 m增大到75.8 m,而纵连板式无砟轨道钢轨附加应力受墩顶刚度的影响很小;(3)纵连板式无砟轨道对应桥梁最大温度跨度需同时考虑钢轨附加应力及墩顶纵向位移限值;(4)扣件阻力大小对单元板式及双块式无砟轨道钢轨附加应力影响较大,采用小阻力扣件后,两者对应最大温度跨度分别增大约1.5、2.0倍,小阻力扣件可以有效的减小单元板式及双块式无砟轨道钢轨附加应力;(5)本研究成果可为不同无砟轨道应用及对应桥梁跨度设计提供参考。     

聚四氟乙烯胶垫配套WJ-7型扣件纵向阻力特性研究

为得到采用聚四氟乙烯胶垫的WJ-7型扣件纵向阻力特性,在不同工况下对扣件纵向阻力进行试验测试,并建立桥上CRTSI型板式无砟轨道无缝线路计算模型,分析采用聚四氟乙烯胶垫扣件系统在桥上无缝线路的使用性能。研究结果表明:对比普通胶垫,WJ-7型扣件采用聚四氟乙烯胶垫可以显著降低扣件纵向阻力,但容易发生胶垫窜出现象,将聚四氟乙烯胶垫与普通胶垫作黏结处理后对其纵向阻力影响很小;扣件纵向阻力随聚四氟乙烯胶垫厚度增大而减小;轨底作除锈处理对采用普通轨下胶垫与复合胶垫的扣件系统纵向阻力影响较大,对采用聚四氟乙烯胶垫扣件系统纵向阻力影响很小;与采用复合胶垫相比,扣件系统采用聚四氟乙烯胶垫时钢轨附加力及纵向位移会略微增大,当胶垫窜出时,在桥端2块轨道板采用聚四氟乙烯胶垫可明显减小钢轨附加力及纵向位移,并显著降低凸型挡台承受的纵向力。     

桥梁温度跨度对双块式无砟轨道无缝线路的影响研究

为研究桥梁温度跨度对桥上双块式无砟轨道无缝线路的影响,运用线板桥墩一体化模型,计算不同温度跨度下,分别采用常阻力和小阻力扣件时的钢轨纵向力、道床板纵向力、抗剪凸台纵向力、梁轨相对位移以及钢轨断缝,分析桥梁温度跨度对轨道结构强度与变形的影响。结果表明:(1)随着桥梁温度跨度的增加,钢轨伸缩、挠曲、制动附加力和梁轨相对位移均增大;道床板、抗剪凸台纵向力和钢轨断缝保持不变。(2)扣件阻力减小时,轨道结构纵向力均减小;但梁轨相对位移和钢轨断缝增大。(3)为保证钢轨强度要求,当桥上铺设常阻力扣件时,桥梁温度跨度限值可取135m;当桥上铺设小阻力扣件时,桥梁温度跨度限值可取250m。     

桥上无缝线路附加力计算模型研究

有碴桥上无缝线路采用小阻力扣件,在梁轨相对约束的条件下,钢轨、轨枕及梁跨结构三者之间将产生较明显的相对位移,以往的计算模型没有考虑轨枕和钢轨相对位移的影响,与有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路工况存在较大偏差.为此,建立了一种能综合考虑钢轨、轨枕、梁体三者相互作用的有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路附加力计算力学模型,给出了算例,对不同扣件纵向阻力工况下计算结果进行了对比.结果表明:扣件阻力明显影响钢轨及墩台附加力的变化,扣件阻力较小时,作用在墩台上及钢轨上的附加力变化较快,扣件阻力较大时,变化较慢;墩台刚度不同,则作用在墩台上及钢轨上各种附加力随扣件阻力的变化规律也有很大差别.     

简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道伸缩力影响因素分析

桥上无砟轨道受力比较复杂,桥上无砟轨道无缝线路的稳定性直接影响高速列车的行车平稳与安全。基于有限元法和梁轨相互作用理论,建立了6×32 m混凝土简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,研究温度荷载作用下钢轨、轨道板及底座板的受力变形特性,并对相关影响参数进行分析。结果表明:在温度荷载作用下,钢轨伸缩力的峰值出现在桥梁墩台及跨中,钢轨的纵向位移呈现先增后减的趋势,在中间两跨达到最大值,钢轨和轨道板的纵向伸缩趋势基本一致,表明扣件起到了很好的约束作用;桥上采用小阻力扣件可改善桥上无缝线路梁轨相互作用,但要充分考虑轨板相对位移不能过大,保证钢轨在桥台处的爬行能够得到有效控制;从减小桥上轨道结构伸缩力及纵向位移考虑,桥梁墩台固定端纵向刚度不宜过大。     

桥上无缝线路附加力计算模型研究

有碴桥上无缝线路采用小阻力扣件，在梁轨相对约束的条件下，钢轨、轨枕及梁跨结构三者之间将产生较明显的相对位移，以往的计算模型没有考虑轨枕和钢轨相对位移的影响，与有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路工况存在较大偏差．为此，建立了一种能综合考虑钢轨、轨枕、梁体三者相互作用的有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路附加力计算力学模型，给出了算例，对不同扣件纵向阻力工况下计算结果进行了对比．结果表明：扣件阻力明显影响钢轨及墩台附加力的变化，扣件阻力较小时，作用在墩台上及钢轨上的附加力变化较快，扣件阻力较大时，变化较慢；墩台刚度不同，则作用在墩台上及钢轨上各种附加力随扣件阻力的变化规律也有很大差别．     

桥上纵连板式无砟轨道无缝线路力学性能分析

基于有限元法,考虑钢轨、无砟道床、滑动层、桥梁等结构的相互作用关系,建立桥上纵连板式无砟轨道无缝线路纵-横-垂向空间耦合模型,进行滑动层摩擦系数、扣件纵向阻力、无砟道床伸缩刚度等对桥上纵连板式无砟轨道无缝线路的受力和变形影响规律的研究.结果表明:滑动层减弱了桥梁、轨道间的相互作用,当滑动层摩擦系数为0.1～0.5时,无缝线路伸缩力仅为22.821～55.361 kN,远小于一般桥上无缝线路结构;滑动层摩擦系数越小越有利于轨道和桥梁结构的安全使用;底座板/轨道板的伸缩刚度减小会明显增大部分轨道和桥梁的受力,伸缩刚度折减至10％时,伸缩力会增大近6倍,因此应该注意控制底座板和轨道板的开裂现象;扣件的纵向阻力变化对轨道和桥梁结构的受力和变形几乎没有影响,但为了防止钢轨爬行或断缝值超限,扣件阻力不宜太小.     

40 t轴重列车作用下铁路简支梁桥的梁轨纵向相互作用

结合几内亚Simandou重载铁路项目,建立有砟轨道单线简支梁线桥模型,分析40 t轴重列车作用下线路纵向位移阻力曲线变化对重载铁路无缝线路纵向力的影响。研究结果表明:当墩顶线刚度较小时,钢轨制动附加应力随纵向阻力的增大而增大,随屈服位移的增大而减小;梁轨快速位移差随纵向阻力的增大而减小,随屈服位移的增大而增大;纵向阻力变化对桥上无缝线路纵向力的影响大于屈服位移变化对纵向力的影响。     

无砟轨道钢轨碎弯成因分析

对无砟轨道无缝线路钢轨碎弯成因进行了分析,认为钢轨纵向温度力、线路横向阻力和钢轨初始弯曲是影响轨条臌曲的主要因素.应用有限单元法建立了包括道床、扣件的钢轨碎弯分析模型,讨论了初始曲线线型及参数、升温幅度、轨道类型和线路阻力等对轨条碎弯幅值的影响.计算表明碎弯是无砟轨道无缝线路胀轨的表现,应严格控制初始弯曲和保证扣件横向阻力稳定,防止形成严重的轨条碎弯,影响行车安全.     

温度力作用下单元板式无砟轨道钢轨横向变形研究

为了研究无砟轨道钢轨横向稳定性,以曲线上单元板式无砟轨道无缝线路为对象,建立包括钢轨、扣件、轨道板和限位部件的无砟轨道钢轨横向变形计算模型,结合不同轨道板长度分析钢轨在温度力作用下的横向变形特性,讨论不同、限位部件弹性和初始弯曲半波长对钢轨横向变形幅值和扣件横向抗力的影响。计算表明,巨大温度力可导致钢轨沿线路纵向产生以轨道板为波长的周期横向不平顺,在小半径曲线地段,应采用刚度较大且塑性变形小的弹性限位垫层材料,重视半波长过小的初始弯曲的治理,并加强对钢轨横向位移和板端扣件使用状态的监测。     

高铁单元板式无砟轨道大跨梁端适应性对比

研究目的:为研究不同类型单元式无砟轨道无缝线路在大跨桥上的适应性,本文建立无缝线路-无砟轨道-桥梁空间耦合分析模型,对温度荷载作用下CRTSⅠ型和CRTSⅢ型板式无砟轨道各层纵向受力与变形、层间错动位移以及限位结构受力进行对比分析,并对运营过程中可能出现的扣件纵向阻力增加对两种无砟轨道在大跨桥上的适应性进行比较。研究结论:(1)两种无砟轨道无缝线路在连续梁端处受力与变形最大,但二者之间的差异较小;(2)扣件纵向阻力的增加将带来连续梁端位置处无缝线路受力增加,变形量减小;(3)CRTSⅢ型板式无砟轨道层间限位刚度大于CRTSⅠ型板式无砟轨道,因此扣件纵向阻力增加导致的CRTSⅠ型板式无砟轨道层间错动位移增加更加明显;(4)梁端限位结构在升降温过程中纵向受剪明显,其中CRTSⅠ型板式无砟轨道梁端半圆形凸台因单侧承力,纵向剪切效应更加显著,且随桥上扣件纵向阻力的增加而急速增加;(5)总体看来,两种无砟轨道的选用对大跨桥上无缝线路设计的影响基本无差异,但在轨道纵向几何形位保持以及大跨梁端限位结构受力方面,CRTSⅢ型板式无砟轨道表现出了较好的适应性;(6)本研究成果可为今后大跨度桥上板式无砟轨道的选型提供理论指导。     

简支梁桥上Ⅰ型板式无砟轨道挠曲受力与变形

研究目的:桥上无缝线路受力比较复杂,桥梁、轨道结构的受力变形成为广泛关注的问题。为研究列车荷载作用下桥上轨道结构的受力变形规律及影响因素,根据多跨简支梁桥上单元板式无砟轨道无缝线路的结构特点,基于有限元法建立多跨简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,计算列车荷载作用下桥上轨道结构的挠曲力与位移,并分析扣件纵向阻力、墩台顶固定支座纵向水平线刚度以及桥梁跨数等因素对挠曲受力与变形的影响规律。研究结论:(1)在列车荷载作用下,钢轨挠曲拉力及压力最大值分别出现在左侧桥台固定端与最后一跨跨中位置,钢轨位移呈先增后减的趋势,并在两侧路基段逐渐减小至零;(2)采用小阻力扣件可明显降低钢轨及轨道结构的受力,但同时会增加轨板相对位移,需要重点关注钢轨在桥台处的爬行;(3)采用较大纵向水平线刚度的低墩桥对列车荷载作用下桥上轨道结构纵向位移而言是不利的;(4)随着桥梁跨数的增加,轨道结构的纵向力与位移也不断增大,在6跨之前增幅明显,6跨之后增幅明显放缓并逐渐趋于平稳;(5)本研究成果对桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道的设计及结构安全性具有参考价值。     

无砟轨道小阻力扣件钢轨纵向阻力测试方法研究

无砟轨道小阻力扣件钢轨纵向阻力既是轨道结构设计的重要参数,也是相关技术标准中一项必要的基础数据,需要采取科学准确的方法加以测定。通过对常用扣件钢轨纵向阻力测试方法的系统分析,提出以恒定位移速率方式施加拉力荷载作为测试无砟轨道小阻力扣件钢轨纵向阻力的改进方法,并通过具有代表性的WJ-8型和W300-1型无砟轨道小阻力扣件的测试验证,为《高速铁路扣件系统试验方法第1部分:钢轨纵向阻力的测定》等技术标准的编制提供支撑。     

CRTS Ⅰ型板式无砟轨道连续梁桥上无缝线路钢轨附加应力变化规律

介绍无缝线路钢轨轨温纵向应力监测设备,分析CRTSⅠ型板式无砟轨道连续梁地段梁对无缝线路钢轨附加应力的变化规律,提出连续梁地段无缝线路养护维修与管理建议。     

WJ7、WJ8型扣件纵向阻力现场试验与研究

我国客运专线无砟轨道设计中广泛采用WJ 7、WJ 8型扣件,其扣件纵向阻力是进行无缝线路设计的重要参数。为合理确定WJ 7、WJ 8型扣件纵向阻力,设计一种有效的无砟轨道扣件纵向阻力测试方案,简述基本原理,通过在武广客专武汉综合试验段对WJ 7、WJ 8型常阻力扣件及WJ 7、WJ 8型小阻力扣件的纵向阻力现场测试,以及对实测数据的数理统计分析,确定了WJ 7、WJ 8型扣件纵向阻力的合理取值,研究结果可为无砟轨道无缝线路设计扣件纵向阻力取值提供参考。     

梁轨相互作用对过渡段道床板翘曲的影响

研究目的:为了明确梁轨纵向相互力学行为对无砟轨道路桥过渡段道床板翘曲的影响,建立路桥过渡段处双块式无砟轨道桥上无缝线路及道床板力学计算模型,研究桥梁及轨道结构约束作用、钢轨伸缩力、道床板温度梯度等对道床板翘曲变形的影响。研究结论:(1)考虑桥梁及轨道结构的约束作用时,道床板上拱量相对增大约28%,达到2.5 mm;考虑桥上无缝线路纵向附加力时,桥台附近的钢轨伸缩变形会降低道床板的上拱量约44%,降为1.4 mm,且随着钢轨伸缩力的增大,降低值越大;(2)正温度梯度作用下,道床板上拱量有所增加,增大约43%,达到2.1 mm,而负温度梯度作用下道床板上拱量有所减小,减小约14%;(3)桥梁升温幅度越大,道床板上拱量越小,且随着温度幅度的增加,降低趋势变缓;(4)对于大跨度桥梁梁缝处铺设伸缩调节器时,道床板上拱量较主桥铺设小阻力扣件工况增大约1.2倍,增大到7.8 mm;(5)该研究结论对无砟轨道路桥过渡段设计优化理论和工程实践具有一定指导意义。     

线路维修作业对简支梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力的影响

建立了适用于桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道的无缝线路—无砟轨道—桥梁纵向相互作用力学模型,分析连续松开扣件进行改道、垫板作业对32 m简支梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力的影响。结果表明:连续松开40个扣件,钢轨纵向力降低了24.56 kN,相当于轨温变化1.3℃产生的温度力;纵连底座板纵向力增加了26.59 kN,增加值远小于其设计检算时所采用的纵向力;剪力齿槽和桥梁固定支座的纵向力变化比钢轨和底座板小,松开扣件后剪力齿槽和桥梁固定支座的纵向力变化均10 kN,这一变化与其承载能力相比几乎可以忽略。可见,按现行《高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)》连续松开扣件进行线路维护作业对无砟轨道和桥梁的强度影响不大。