先张CRTSⅢ轨道板张拉技术研究

双向先张法CRTSⅢ型板是具有我国自主知识产权的高速铁路无砟轨道结构,是在总结了日本Ⅰ型板,德国Ⅱ型板,国产道岔板以及后张法Ⅲ型板的优点上开发出来的一种新的无砟轨道结构。通过优化轨道板中预应力体系,采用双向先张预应力结构,既提高了轨道板整体强度,又克服和改变了由于钢厂或PC钢棒生产中因材质缺陷及加工制造工艺瑕疵造成成品板的钢棒"延时断裂"的问题;通过在预应力钢筋端部设置锚固板,既减小预应力的建立起来的长度,又可长久保持预应力值不损失,提高轨道板耐久性;预应力钢筋定尺下料,专用张拉千斤顶单根初张拉,然后整体终张拉,整体同步放张。     

严寒地区CRTS Ⅲ型轨道板翘曲变形分析研究

研究目的:我国具有自主知识产权的先张法双向预应力混凝土CRTS Ⅲ型无砟轨道板已成为时速350 km高速铁路的主导板型。轨道板翘曲量是控制高铁线路运行平顺性和舒适性的关键参数,预制施工精度及平整度对确保轨道板结构安全使用和耐久性,防止表面裂纹质量缺陷具有显著的影响。研究结论:(1)高铁线路运行平顺性和舒适性关键在于解决轨道板的翘曲问题;(2)为使轨道板混凝土结构能够安全使用、耐久性指标得以实现,根据裂纹产生的原因和部位采取相对应的措施;(3)"润滑式"机械锁、"微机智能化"养护、"缓存区"的设置可解决超张拉及轨道板的表面毛裂问题,保证轨道板的预制质量;(4)本研究成果可为类似CRTS Ⅲ型板的预制提供可靠的经验及技术积累。     

CRTSⅢ型先张预应力轨道板平面度变化规律研究

CRTSⅢ型板式无砟轨道是我国自主知识产权的新型无砟轨道结构形式,其双向先张预应力轨道板具有精度高、工艺简单、可工厂化生产等特点,已广泛应用于我国高速铁路工程建设。由于轨道板为长薄型混凝土结构,在运输、储存和吊装过程中,因混凝土预应力、温度应力和重力等影响,易产生翘曲变形,影响轨道板的平面度,增加轨道精调成本。针对CRTSⅢ型先张预应力轨道板在不同施工阶段和不同环境状态下平面度的变化,研究其平面度的变形规律,以期为轨道板制造和铺设提供参考。     

郑徐高铁CRTSⅢ型板式无砟轨道结构服役状态监测

为掌握CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的温度场、受力和变形规律,在郑徐高铁跨京杭大运河徐州特大桥的CRTSⅢ型板式无砟轨道结构开展监测服役状态监测的基础上,对监测数据进行了统计分析,研究表明:(1)轨道板板中温度高于自密实混凝土层和底座板;(2)轨道板上半部分温度梯度较大,下半部分温度梯度较小;(3)连续梁跨中地段轨道板板端翘曲位移高于板中翘曲位移,板端最高翘曲位移为1.9mm。连续梁梁端地段轨道板板端翘曲位移与板中翘曲位移接近;(4)随着大气温度的升高,桥梁梁缝的相对位移值逐渐减小;(5)轨道板压应力、拉应力大小变化随着温度的升高和降低而相应发生变化。     

基于高速铁路路基冻胀的无砟轨道受力特征

研究目的:季冻区高速铁路路基冻胀变形较为普遍,局部冻胀变形会给无砟轨道受力带来较大影响,甚至有可能带来结构层开裂。为此,本文建立高速铁路无砟轨道-路基冻胀耦合计算模型,以路基冻胀变形曲线作为冻胀变形的输入条件,分析路基冻胀变形波长和幅值对不同类型无砟轨道结构受力的影响,同时对CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板凹槽限位优化为凸台限位方案以及下部设置沥青混凝土封闭层的影响进行分析。研究结论:(1)路基冻胀变形幅值越大,冻胀波长越小,无砟轨道结构层应力均越大;(2)双块式无砟轨道在路基冻胀下道床板和支承层应力较大,易产生开裂,不宜应用于季冻区;(3)底座板限位凹槽是CRTSⅢ型板式无砟轨道在基础冻胀变形下的受力薄弱环节,将其优化为凸台后,能够较大程度降低结构在基础变形下受力;(4)在CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板下设置沥青混凝土层时,轨道板及底座板应力均有降低趋势,沥青混凝土层弹模越低,应力降低幅度越大;(5)本研究结论可为基础冻胀变形控制标准的制定和季冻区高速铁路无砟轨道的选型提供参考。     

CRTSⅢ型先张法预应力轨道板侧面气泡控制方法

CRTSIII型先张法预应力轨道板是我国具有自主知识产权的无砟轨道结构,它吸收了当今世界上两大主流板式无砟轨道(日本的CRTSI型板及德国的CRTSII型板)的优点并加以创新。但是在生产过程中,轨道板四周仍然会出现气泡,影响轨道板的外观质量。本文依托北京巨各庄制板场轨道板生产过程,介绍了CRTSⅢ型轨道板侧面气泡的控制方法。     

CRTSⅠ型无砟轨道板预应力筋破坏所致附加荷载的影响分析

针对CRTSⅠ型无砟轨道板在运营过程中出现部分预应力筋破坏的现象,本文建立CRTSⅠ型无砟轨道板及其预应力分析模型,对不同位置、不同数量纵横向预应力筋破坏引起的轨道板附加荷载进行计算分析。计算结果表明:纵向预应力筋的破坏会带来轨道板附加弯矩,引起轨道板翘曲变形;预应力筋破坏对纵横向应力峰值影响较小;轨道板整体预压力随着预应力筋破坏数量的增加而减小,其中预压力在端部损失较明显,轨道板中部由于层间黏结约束,预压力损失小于端部。预应力钢筋应力计算结果显示,预应力钢筋受力基本不受相邻预应力筋破坏的影响。     

严寒地区CRTSⅠ型无砟轨道板四角离缝成因研究

研究目的:针对严寒地区哈大客专CRTS(China railway track system)Ⅰ型轨道板与充填层砂浆四角离缝呈现规律变化的实际情况,为减少或消除四角离缝对无砟轨道结构的影响,从理论上探讨CRTSⅠ型无砟轨道板四角离缝成因,并提出应对措施,以供我国板式无砟轨道结构设计与施工参考。研究结论:(1)造成CRTSⅠ型轨道板四角离缝的主要原因是板面、板底温差引起的翘曲变形及铺轨后相邻轨道板间低高程轨道板的"空吊"现象;(2)砂浆灌注施工宜选择夜间或昼夜温差小的季节,以21:00-06:30之间为最佳,同时,应确保轨道板精调准确、扣压有效以及砂浆灌注施工充填饱满;(3)应提高轨道板调整精度,尤其是最大限度地消除相邻轨道板的高差;(4)研究成果对CRTSⅠ、Ⅱ、Ⅲ型板式无砟轨道施工减少板角离缝具有重要意义。     

高速铁路CRTS Ⅲ型板式无砟轨道复合轨道板受力特性研究

复合轨道板为高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道的核心部件。基于现场试验开展了复合轨道板自密实混凝土收缩应力、温度翘曲应力及复合轨道板动应力3方面的试验研究,以进一步了解复杂因素作用下复合轨道板的受力特性。研究表明:板下自密实混凝土龄期达到100 d时,其收缩变形趋势逐渐平缓,由约束引起的板下自密实混凝土收缩拉应力约0.7 MPa;研究提出了正温度梯度作用下复合轨道板温度翘曲应力的实用计算式,以及复合轨道板自密实混凝土纵向动拉应力实用计算式,可推算不同温度梯度及动车组作用下复合轨道板承受温度翘曲应力和动拉应力;综合分析表明,在自密实混凝土收缩、温度梯度、列车荷载等因素作用下,复合轨道板承受的静动态拉应力可达4 MPa,应力幅值较大,受力状态较为复杂。     

郑徐铁路客运专线CRTSⅢ型板式无砟轨道施工关键技术

郑徐铁路客运专线是首次大规模采用CRTSⅢ型先张法预应力混凝土轨道板铺设的无砟轨道线路,轨道板预制、铺设精调以及自密实混凝土施工工艺、工装设备及施工效率、质量控制等都需要进行有针对性的研究。无砟轨道施工前,通过对正在施工的CRTSⅢ型后张法预应力混凝土轨道板铺设线路的参观学习,进行板场规划建设、线下工艺性揭板试验、专家评估验收、应用BIM技术管理,施工各项技术参数符合相关技术条件要求,工装设备满足作业要求,已正式上线施工的无砟轨道试验段满足设计要求。     

无砟轨道轨道板温度测量与温度应力分析

研究目的:针对秦沈线和遂渝线无砟轨道板存在的问题,对轨道板温度进行全天的测量,总结轨道板温度的变化规律,研究温度对轨道板的影响,根据温度测量结果,进行温度翘曲应力的仿真分析,为板式无砟轨道的结构设计提供参考.研究结论:通过对轨道板进行的温度测量,得出轨道板上表面和底面最高温度较当地最高气温分别高出16 ℃和3 ℃左右,轨道板上下表面的最大温差为10～13 ℃,轨道板侧面的温度梯度接近0.5 ℃/cm的线性变化.通过建立轨道板温度翘曲应力的计算分析模型,得出框架轨道板较普通轨道板发生更小的翘曲位移和翘曲应力;普通轨道板的最大翘曲位移为0.82 mm,框架轨道板为0.61 mm;普通轨道板的最大翘曲纵向应力为1.81 MPa,框架轨道板为1.51 MPa;普通轨道板的最大翘曲横向应力为0.75 MPa,框架轨道板为0.58 MPa.     

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。     

温度作用下轨道板与CA砂浆离缝对CRTSⅡ型板式轨道的影响分析

轨道板与水泥乳化沥青砂浆离缝是CRTSⅡ型板式无砟轨道的主要伤损形式之一,水泥乳化沥青砂浆具有支承、缓冲、传载等作用,离缝将影响无砟轨道的变形与受力。基于弹性地基梁体理论和有限元方法,建立了路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道有限元模型,分析在温度荷载和自重作用下不同离缝长度以及产生离缝后CA砂浆层参数对轨道结构的影响。结果表明:轨道板的翘曲位移及纵向应力均随着离缝长度增大而增加;当离缝长度超过1.95 m时,轨道板的翘曲变形及纵向应力都急剧增大,建议轨道板与CA砂浆层离缝长度不宜超过1.95 m。     

纵连板式无砟轨道-PC简支箱梁协同工作分析

研究目的:为研究箱梁发生徐变上拱时底座板与箱梁顶面接触面间发生应力重分布对箱梁徐变上拱的影响,本文在ANSYS有限元平台上建立纵连板式无砟轨道-32 m PC简支箱梁体系的协同工作分析模型,分析混凝土收缩徐变及预应力筋松弛引起的箱梁长期变形及其对滑动层与CA砂浆应力的影响。研究结论:(1)梁-轨体系下箱梁的跨中徐变上拱小于将无砟轨道体系等二期恒载换算成均布荷载施加在单独箱梁结构上的徐变上拱,持荷1 500 d时前者徐变上拱为后者的72. 2%;(2)箱梁徐变上拱使底座板与箱梁之间产生应力重分布,导致梁端附近一段区域的底座板与箱梁之间压应力降低甚至局部出现脱空现象,该区域压应力往跨中方向转移;(3)箱梁徐变上拱亦使底座板及轨道板间发生应力重分布,在梁端附近一段区域的CA砂浆出现拉应力,但底座板与轨道板间尚未脱空;(4)本研究成果揭示了纵连板式无砟轨道-箱梁结构体系的协同工作机理、箱梁长期变形规律及其对层间应力重分布影响,可为深入研究箱梁-轨道体系协同工作提供参考。     

修复材料性能对框架板式无砟轨道板角离缝的影响研究

分析了框架板式无砟轨道板角离缝原因,建立了含维修材料的框架板式无砟轨道有限元模型,研究了维修材料弹性模量对无砟轨道受力和变形的影响规律,提出了板角离缝维修材料建议。研究结果表明,施工因素、服役环境和长期列车荷载作用是导致单元框架板式无砟轨道发生板角离缝的主要原因;钢轨和轨道板的垂向位移、CA砂浆层压应力随板角离缝面积的增大而增大,轨道板的拉应力则先增大后减小;正温度梯度作用下轨道板的拉应力随维修材料弹性模量的增大而增大,轨道结构位移则随维修材料弹性模量的增大而减小;当维修材料弹性模量从50 MPa增加至1 000 MPa时,列车荷载作用下维修材料的压应力增大了3.25倍;从维修材料受力角度考虑,建议框架板式无砟轨道板角离缝维修材料采用树脂材料,且弹性模量宜为100～300 MPa。     

环境因素引发的CRTSⅢ型无砟轨道板温度场和竖向变形特征分析

针对轨道交通CRTSⅢ无砟轨道板在环境因素作用下产生的翘曲变形,在实际运营线路上采用传感器对其温度和竖向变形进行现场测试,分析在不同的环境条件下轨道板的变形规律以及轨道板变形后对列车运行的平稳性和舒适性的影响.研究发现:板内温度梯度是CRTSⅢ型轨道板产生翘曲变形的主要影响因素,在夏季晴天,轨道板在太阳辐射和环境温度共...     

实测温度下大跨度桥上纵连无砟轨道受力研究

研究目的:既有桥上纵连板式无砟轨道研究多考虑桥梁整体温度变化而忽略温度梯度的影响,为探明高速铁路大跨度桥上纵连板式无砟轨道系统受力规律,本文基于长期实测温度场数据,利用统计方法获得结构具有概率保证的非线性温度模式,建立考虑钢轨-轨道板-底座板-梁体-桥墩的空间一体化有限元模型,选取沪昆客运专线某大跨连续梁桥工程实例,计算分析实测非线性温度模式下桥上各层轨道结构相对位移以及钢轨纵向附加力的分布规律。研究结论:(1)只考虑轨道板及底座板实测温度模式时,钢轨附加应力基本为0;(2)桥梁温度梯度会引起梁缝处钢轨附加应力的急剧增大,在研究桥上纵连板式无砟轨道时需考虑桥梁温度梯度的影响;(3)大跨度连续梁桥固结机构处水泥沥青砂浆变形会超过其实测极限变形位移,建议在连续梁固结机构上方同样设置剪力钢筋;(4)无砟轨道断板会导致钢轨附加应力急剧增大,因此应严格限制纵连板式无砟轨道断裂的发生,若需更换轨道板及底座板时,应在合龙温度范围进行更换;(5)本研究结果可为大跨度桥上纵连板式无砟轨道的设计与改进提供参考。     

反射隔热涂料对CRTSⅠ型板式无砟轨道应力应变状态的影响

为分析反射隔热涂料对无砟轨道温度场的影响,对现场铺设的CRTSⅡ型轨道板进行长期温度监测。通过试验数据分析,确定CRTSⅡ型轨道板的最大正温度梯度,利用热传导解析式可推算不同厚度轨道板的温度梯度修正系数。以CRTSⅠ型板式无砟轨道为例,建立实体有限元模型,分析反射隔热涂料对轨道板翘曲、树脂填充层受力和变形的影响。结果表明:涂刷反射隔热涂料能够在一定程度上减小太阳辐射对轨道板温度梯度和日温度变化的影响,有效控制轨道板的翘曲、树脂填充层的受力和变形,轨道板最大翘曲应力降低25%,板中最大上拱量减小56%,板角最大下沉量减少25%,树脂填充层所受最大压应力和最大压缩变形分别减少33.6%,33.3%。     

无砟轨道路基地段曲线超高设置方式的研究

利用有限元方法,分别建立空间耦合精细化静力模型及车辆-轨道-路基动力协同仿真模型,对路基曲线地段无砟轨道采用不同超高设置方式后的力学特性进行对比研究,为无砟轨道超高设置方式的合理应用提供依据。分析结果表明:(1)采用支承层设置超高可减小结构变形及支承层本身受力,但轨道板纵、横向应力会明显增大;(2)采用支承层设置超高时,超高量变化对无砟轨道受力变形影响较明显,结构纵、横向应力随超高量的增加而增大;(3)支承层设置超高具有较好的减振效果,无砟轨道结构动态变形较小。     

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。