新建高速铁路环氧基材处理剂热应力对聚脲防护层附着力影响的研究

为了解决新建高速铁路聚脲防护层冬季大面积脱落的问题,采用静态应变试验,从热应力角度出发,对于新建高速铁路所采用的环氧类基材处理剂,测试了常温、低温和边界约束条件下的应变,探讨环氧类基材处理剂对聚脲防护层附着力的影响。研究结果表明,在常温20℃下,环氧体系具有较小的主应变,由此产生的热应力对于聚脲附着力影响可以忽略;而在低温-20℃下,环氧体系具有较大的主应变,且主应力方向ψ在-45°与45°之间不断往复,由此产生的应力对于聚脲涂层与环氧类基材处理剂之间的附着力影响大,从而导致聚脲涂层大面积脱落。     

高速铁路桥梁聚脲工程基材处理剂的研究

为了解决环氧类基材处理体系在高速铁路桥梁聚脲工程施工中出现的问题,本文提出一种新型的聚氨酯类基材处理体系(QTECH-112体系)。采用拉脱法测试不同基材处理方式下附着力,测定上述二种基材处理体系的表干及实干时间,对聚脲工程冬季基材处理体系施工应用状况进行了现场研究。研究结果表明:单点附着力试验表明,二种基材处理体系都满足单点附着力≥2.5 MPa要求,基材含明水除外,然而环氧类体系在低温下存在较大的热应力,往往造成其上聚脲涂层的脱落;表干时间及实干时间测试表明,环氧类体系在低温下表干时间>4 h,不符合规定;工程现场研究表明,环氧类体系存在着黏度大、固化反应慢、刮涂效果差等缺点,而QTECH-112体系冬季施工效果优异。     

沪通长江大桥水下钢管柱自密实混凝土收缩与抗裂性能研究

沪通长江大桥主航道桥钢管柱选用C40自密实混凝土,钢管柱轴向对称等分为4个隔仓,每个隔舱需要一次浇注约770 m3的混凝土。为了满足自密实混凝土的施工和防开裂要求,在优化配合比的基础上,通过自由收缩试验、限制收缩试验、约束圆环收缩试验3种不同的方法,系统地研究了自密实混凝土的收缩性能,并结合绝热温升测定结果与有限元建模,分析了混凝土早期开裂风险。研究结果表明:通过试验优选的自密实混凝土,自由收缩应变和限制收缩应变随龄期的增长逐渐增大,前7 d增长较快,后期逐渐减缓,自由收缩应变、限制收缩应变14 d时分别为407×10-6,137×10-6,60 d时分别为623×10-6,235×10-6,与相似配合比混凝土相比14 d时自由收缩应变和限制收缩应变分别降低了53.2%,45.8%;约束圆环收缩试验开裂龄期为34 d,最大约束收缩应变为115×10-6,而相似配合比混凝土开裂龄期为15 d,且最大收缩应变为194×10-6。有限元分析结果表明:隔仓混凝土径向表面与芯部最大温差只有13℃,远低于内外开裂温差限值25℃;不同龄期混凝土温度变形与体积收缩共同作用引起的拉应力最大值出现在钢管混凝土外表面,最大拉应力均低于容许拉应力,早期开裂风险低。     

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。     

高寒地区高速铁路全断面沥青混凝土防水封闭层抗裂措施研究

为了减小轨道板伸缩缝处温度应力对高速铁路全断面沥青混凝土封闭结构耐久性的影响,本文在京张高速铁路现场试验段采用了2种工程措施:在轨道板伸缩缝和沥青混凝土上面层之间设置复合土工膜;在沥青混凝土层与级配碎石层间设置钢钉。研究了轨道板温度应力对沥青混凝土拉伸应变的影响,并验证了2种措施的有效性。试验结果表明:无工程措施时伸缩缝处沥青混凝土弯拉应变约为600×10-6;在沥青混凝土上面层设置两布一膜后弯拉应变约为400×10-6,在此基础上对沥青混凝土下面层施作钢钉,则弯拉应变减小为140×10-6。     

低温环境下铁路钢桥疲劳断裂性能研究

针对青藏铁路修建中遇到的钢结构抗疲劳问题，以364根试件的裂纹尖端张开位移试验（CTOD）、702根试件的夏比V型缺口冲击试验（CVN）以及24mm钢板对接焊缝疲劳裂纹扩展速率试验的数据为依据，研究-50℃低温环境下铁路钢桥的疲劳断裂性能。采用常规疲劳试验和数据分析方法会得出“低温疲劳性能好于常温疲劳性能”的错误结论。断裂力学理论分析的结果表明，在相同应力条件下，低温时的疲劳容许裂纹长度（17mm）远小于常温情况（56mm）；相同疲劳循环次数下-50℃与常温的疲劳应力幅的比值为0．88；低温下裂纹稳定扩展区和急剧扩展区的交界点前移。根据研究结果确定，-50℃低温环境下钢桥的疲劳设计可采用现有桥梁钢结构规范规定的公式，但其疲劳容许应力幅取现行规范规定的常温值的80％，同时还应满足相应的构造细节设计及制造的特殊规定。     

光纤光栅应变特性及其在槽形梁试验量测中的应用

设计了一种等强度悬臂梁结构,将光纤光栅(FBG)粘贴于悬臂梁表面,研究光纤光栅波长与应变变化的关系,通过给等强度悬臂梁加载砝码,将光纤光栅传感器与电阻式应变片所测应变进行对比,结果表明光纤光栅具有良好的线性应变—波长特性。通过在光纤光栅上直接施加砝码研究了光纤光栅的应变量程及预拉力,在此基础上,研制了测试范围±2 000×10-6、分辨率1×10-6的钢筋式光纤光栅应变传感器,并在槽形梁受力性能试验中应用,与电阻式应变片的对比结果表明,光纤光栅传感器可以正确反映槽形梁在荷载作用下的受力状态。     

球形支座低温试验方法设计及试验结果分析

球型支座低温性能是高寒地区桥梁结构安全性判定中重要的参数。传统的常温试验方法无法测试出球型支座的低温力学性能,因此设计球型支座低温试验方法并对其低温性能进行研究非常有必要。详细阐述球型支座在-50℃低温条件下的抗冷冻性能、竖向承载性能、摩擦系数、水平承载力及转动性能的试验装置和试验方法、试验结果。通过对低温试验结果与常温23℃试验数据进行分析比对表明,随着温度降低,球型支座摩擦系数和转动力矩变大,其他性能受低温影响不明显,这对球型支座的研发和试验有一定的指导作用。     

青藏铁路弹条Ⅱ型扣件系统低温阻力特性试验研究

扣件系统必须具备的普遍功能是,弹性的吸收钢轨力并传递其至轨枕,提供防爬阻力去限制无缝线路钢轨的位移和断轨后产生的缝隙;对于地处高寒地区的青藏铁路,扣件系统的防爬阻力性能显得更加重要。测试了低温状态下扣件系统的防爬阻力性能。试验结果表明:与常温对比,温度为-20℃时,扣件阻力降低5%左右,而温度为-40℃时,扣件阻力降低20%左右;在低温时,青藏铁路无缝线路试验段扣件系统提供给钢轨的阻力可保证大于轨枕纵向阻力。     

常、低温下橡胶集料混凝土抗冲击性能研究

为了减小强度因素对混凝土材料抗冲击性能的影响,配制了强度等级相同(等强)的素混凝土和橡胶集料混凝土,橡胶的体积掺量分别为5%、10%和15%;同时考虑温度因素的影响,利用本课题组自行设计的U形试件和自主研发的落锤冲击试验装置,分别测试了在常温(25℃)和低温(-20℃)下不同龄期的抗冲击性能。试验结果表明:橡胶集料混凝土的抗冲击次数符合双参数威布尔分布,并且在室温和低温下,橡胶集料混凝土的抗冲击性能均随着橡胶掺量的增加而提高。     

极寒状态下扣件胶垫刚度温变特性及影响研究

以莫喀高铁为工程背景,以WJ-8型扣件胶垫为对象,测试胶垫静刚度随温度降低的变化,分析胶垫刚度的温变特性;建立车辆-轨道垂向耦合系统动力学模型,分析在-48℃和20℃两种温度下胶垫静刚度对高铁列车以400 km/h的速度运行所产生的动力响应的影响规律。结果表明:轨下胶垫的刚度随温度降低而增大,-48℃时的静刚度相比20℃时增幅51.1%;不同环境温度下,车辆运行平稳性受到影响较小而轮对垂向振动加速度受到影响较大;低温条件下垂向轮轨力和轮重减载率较常温时前者增幅8.19%而后者增幅达14.13%;因在-48℃低温条件下轮重减载率已接近于限值,为保证车辆运行安全性,建议采用耐低温类型的扣件胶垫。     

高速列车荷载作用下水泥乳化沥青砂浆层的应变速率研究

水泥乳化沥青砂浆主要承受列车垂向荷载,且处于动态加载过程。为研究CRTSⅠ型板式无砟轨道CA砂浆层的应变速率,基于车辆-轨道耦合动力学理论,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立列车-CRTSⅠ型板式无砟轨道-路基垂向耦合振动模型,研究CA砂浆层的应变速率及其影响因素。结果表明:路基上板式无砟轨道CA砂浆层的应变速率大于其他基础。随着CA砂浆层和列车速度的增加,CA砂浆层的应变速率增大。CRTSⅠ型板式无砟轨道CA砂浆层的应变速率在4.763×10-3/s~2.025×10-2/s范围内变化。与仿真得到的应变速率相比,规范规定的应变速率不能完全反映CA砂浆层的实际应变速率。     

济南黄河特大桥高性能混凝土配比设计及施工控制

正1概述济南黄河特大桥是京沪高速铁路的重点控制性工程,主桥长5143m,采用5跨连续钢桁柔性拱(112+168+168+168+112)m,主墩6个,承台最大尺寸为42.5m×23.3m×6m,承台混凝土为5942m3。墩身和承台混凝土设计强度等级为C45,混凝土所处环境作     

复合式膜生物反应器处理青藏铁路站区低温生活污水

采用复合式膜生物反应器处理青藏铁路沿线某车站低温生活污水，一年的运行实践表明，低温（水温6—10℃）时，反应器处理COD效果较常温降低，但运转过程中未发生质的变化，经过长时间保持较稳定的低温运转，污水温度与微生物建立稳定的平衡关系后，反应器表现出较好的COD去除效果和较强的抗冲击负荷能力，处理效果达到设计要求，出水达标排放。     

制动盘材料断裂参量试验研究

根据制动盘受力以及裂纹沿径向扩展的特点制取试样,采用3点弯曲/多试样法确定了制动盘材料的断裂韧度KIC.试验表明在常温(20℃)和低温(-40℃)情况下制动盘材料的断裂韧度KIC值为63MPa·m1/2,说明制动盘材料在较大的温度范围内具有一致的断裂韧度.试验结果可用于制动盘寿命评估.     

温度作用天数对CRTSⅡ型CA砂浆抗压性能影响试验研究

CA砂浆是温度敏感性材料,温度变化及作用时间将直接影响其力学性能,从而影响到无砟轨道的耐久性和安全性。为研究温度作用天数对CRTSⅡ型CA砂浆抗压性能的影响,将CA砂浆放置于3种温度25、40、60℃中分别10、20、30 d,在常温中冷却6 h后采用GDS三轴仪对其进行单轴压缩试验,分析抗压强度、弹性模量和应力应变曲线的变化规律,并对其变化机理进行分析。结果表明:CA砂浆的单轴抗压强度随温度和放置天数的增长均呈线性增长,线性相关系数均在0.9以上;弹性模量随温度和放置天数的增长而增长;由于沥青高温中老化以及软化迁移,CA砂浆的应力应变曲线呈现脆性破坏特征,而且残余强度随放置温度的升高而降低。     

循环荷载历史下CA砂浆的动态受压试验研究

研究目的:为研究历经不同循环荷载历史和不同应变速率对铁路轨道系统CRTSI型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)的抗压强度、弹性模量和峰值应变的影响规律,进行CA砂浆圆柱体试件历经循环加载历史后,在应变速率为1×10~(-5)~1×10~(-2)s~(-1)时的单轴受压特性试验。研究结论:(1)应变速率和循环荷载历史对CA砂浆的力学性能影响显著;(2)CA砂浆的抗压强度、弹性模量和峰值应变均随应变速率的增大而提高;(3)在相同的应变速率下,CA砂浆的抗压强度随循环荷载次数和循环荷载幅值的增加而降低,最大降低幅度为8.34%;(4)当循环荷载幅值较小时,CA砂浆的弹性模量随循环荷载次数的增加而增大,最大增加幅度为59.17%;(5)在相同的应变速率下,CA砂浆的峰值应变随循环荷载次数及循环荷载幅值的增大呈降低趋势,且应变速率对峰值应变的影响小于循环荷载历史的影响;(6)该研究成果为进一步了解历经循环加载历史后板式无砟轨道的力学性能提供必要的试验依据,进而应用于指导CA砂浆材料优化设计中。     

低温下铁路钢轨钢材断裂韧度KIC的试验研究

青藏铁路因常常经历-40 ℃以下的低温气候,对于钢轨钢材低温韧性的要求更为严格,因此低温下钢轨钢材安全性能的研究尤为重要.作者对青藏铁路常用的2种钢轨钢材U71Mn和U75V制作的标准三点弯曲试样进行一系列试验研究,对其在20 ℃、0 ℃、-20 ℃、-40 ℃以及-60 ℃环境温度下的断裂韧度KIC进行量测和计算,得到2种钢材断裂韧度随温度变化的基本规律.并结合试验分析结果,对这2种钢轨钢材断裂韧度KIC受温度以及化学成分的影响进行系统分析和讨论.研究结果可供相关专业设计人员参考.     

42CrMo低温冲击韧性研究

通过在-100℃~20℃范围内测量42CrMo材料Ⅴ型缺口冲击功,研究了该材料的低温性能。试验结果表明,随着温度的下降,冲击功随之降低,且在-70℃~-30℃之间冲击功下降最为明显。从断口形貌分析和Boltzmann曲线拟合得知,42CrMo的韧脆转变温度约为-50℃,上平台功约为100 J,下平台功约为20 J。     

高速道岔钢轨轨底材质疲劳性能试验研究

针对高速铁路道岔钢轨轨底萌生疲劳裂纹而导致轨件断裂的问题，以高速道岔R350HT钢轨为对象，从轨底中部硬度最低的位置取样，分别开展轨底材质拉伸试验、疲劳极限试验、疲劳裂纹扩展试验以及断裂韧性试验，为阐明高速道岔轨底疲劳伤损机理及轨件服役寿命预测提供依据。结果表明：采用升降法得到道岔R350HT钢轨轨底材质的疲劳极限为447.1 MPa，所有试样均失效于表面裂纹萌生；轨底材质裂纹扩展速率为da/d N=1.89×10^-10ΔK^4.18；室温(25℃)和低温(-10℃)环境下测试得到的断裂韧性接近，轨底材质在-10℃没有呈现低温脆性特征。