列车荷载下钢轨振动加速度的空间分布特征

为了探究列车通过时钢轨振动的基本参数和敏感区域,基于多体动力学软件GENSYS和有限元软件ABAQUS,分别建立车辆-轨道动力学模型和轨道-下部基础有限元模型.以动力学模型计算得到的轮轨力为激励,输入轨道-下部基础有限元模型,计算分析车速、轨道不平顺和钢轨支承方式等因素对钢轨加速度的影响.研究结果表明:钢轨加速度从轨头到轨底逐渐减小,轨枕上方轨头加速度明显大于轨枕之间.钢轨加速度对车速最为敏感,车速从200 km/h增加到350 km/h时,无砟轨道轨头加速度从1.476 km/s2增加到2.980 km/s2.连续支承式无砟轨道,钢轨加速度小于传统离散支承式无砟轨道.加速度传感器建议安装在轨头外侧,传感器的采集频率、量程应考虑列车速度、轨道不平顺等影响.      

夏季高温下支承层斜裂缝诱发纵连板上拱规律研究

在夏季高温作用下,支承层斜裂贯通缝可能导致结构上拱变形,衍生次生病害。基于内聚力和塑性损伤理论建立CRTSⅡ型板式无砟轨道结构有限元模型并与现场实测结果对比验证模型的有效性,分析夏季高温作用下支承层斜裂缝导致的结构上拱变形、离缝、受力和伤损规律。结果表明,温度荷载作用下,斜裂缝一旦贯通,轨道结构变形急剧增大。随温度升高,支承层相互错动,CA砂浆层与支承层先离缝,随后轨道板与CA砂浆层离缝,轨道结构上拱变形。结构性能随温度演化过程可分为0～20℃的缓慢发展阶段、20～30℃的加速发展阶段和大于30℃的飞速破坏阶段。贯通斜裂缝位于板中,角度30°时,轨道结构变形达到最大值26 mm。建议温度大于30℃时,检修重点关注角度不大于45°的板中斜裂贯通缝。     

纵连轨道板上拱安全升温幅度简化计算方法

针对既有研究未考虑钢轨影响的不足,基于等效截面法和势能驻值原理,构建了考虑钢轨作用的纵连板式无砟轨道上拱分析模型,推导了轨道板安全升温幅度计算公式,并与既有文献和有限元结果进行对比验证该计算方法的准确性。利用该计算方法分析了安全升温幅度的参数影响规律。结果表明：提出的简化计算方法能够较准确计算安全升温幅度,可应用于无砟轨道稳定性分析与结构设计;钢轨升温幅度较大时可能加剧轨道板失稳,因此在相关研究中有必要引入钢轨的影响;轨道板安全升温幅度随着钢轨升温幅度和轨道板弹性模量的增大而减小,随着轨道板厚度和砂浆层剪切强度的增大而增大。研究结果可为纵连式无砟轨道优化设计和养护维修提供参考。     

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。     

纵连板式轨道-销钉体系动力响应及参数影响分析

销钉锚固是纵连式轨道板离缝上拱病害的主要整治措施。为了评估销钉锚固后对轨道动力响应的影响,进一步优化锚固方案。建立车辆-轨道-销钉体系耦合动力学有限元模型,研究有无销钉及不同层间状态下轨道系统及销钉的动力响应,分析不同销钉锚固参数对轨道系统动力学的影响。研究结果表明：轨道板与CA砂浆层层间状态良好情况下植入销钉对于轨道系统的动力响应无明显影响;当层间产生离缝时,销钉锚固措施能有效对轨道结构进行限位,提高轨道结构的稳定性;在离缝2 mm的工况下,销钉锚固措施使钢轨垂向向上位移降低81%,但销钉交替承受上拔力与压力,上拔力是层间脱黏状态下的2.3倍,压力是极限承载力的24%,建议及时对离缝进行修复;销钉的抗拔刚度越大,销钉锚固体系的限位能力越强,但销钉承受的垂向力也越大,易造成销钉失效,建议锚固销钉抗拔刚度在20～80 kN/mm。     

不同植筋方案纵连板轨道砂浆层抗剪性能分析

为研究不同温度条件下的合理植筋方案,采用基于表面的内聚力模型模拟轨道板与砂浆层界面剪切破坏过程中层间黏结-脱黏-接触的复杂相互作用关系,考虑剪力筋的非线性约束特性,建立了纵连板式轨道三维有限元模型,并结合既有的推板试验结果对模型合理性进行验证,细致分析不同植筋方案下轨道板与砂浆层间的抗剪性能.研究结果表明:植筋可以明显提高轨道层间抗剪性能;层间开裂时对应的轨道温升幅度可由无植筋时的10.5℃提高到30℃;温升幅度小于20℃时,采用16+8+8植筋方案,温升幅度在20~30℃之间,采用16+16+16+10+8植筋方案,超过30℃时,需辅助其他限位措施.      

混凝土塑性损伤模型在无砟轨道非线性分析中的应用

为满足无砟轨道非线性损伤分析及长期服役性能研究的需求,基于混凝土塑性损伤本构理论和CA砂浆劈裂抗拉试验结果,建立可考虑无砟轨道各组成结构材料非线性损伤的有限元分析模型。主要考虑温度和列车荷载作用,对比分析塑性损伤模型与线弹性模型对计算结果的影响。结果表明:当无砟轨道结构的受力变形较小时,非线性塑性损伤模型与线弹性模型的计算结果相差不大;当无砟轨道升温幅度超过30℃、正温度梯度超过60℃/m或列车荷载大于225 kN时,两种模型的计算结果开始产生差异且随着荷载的增大而不断扩大。配筋的塑性损伤模型与现场实际结构和材料属性较为相符,可为无砟轨道非线性分析、塑性变形及损伤累积效应分析、长期服役性能研究等提供参考。     

基于综合指数法的无砟轨道配筋方案检算与分析

为优化无砟轨道配筋后结构受力的均衡性,基于综合指数法提出了轨道配筋检算评估方法,选取形状改变能密度与高斯曲率作为评价分量构造了量化的配筋检算指标;建立了无砟轨道配筋检算有限元模型,以CRTSⅢ型普通板式无砟轨道板配筋为例,研究了不同钢筋排布方式对无砟轨道板整体受力性能的影响.研究结果表明:相较传统应力变形指标,构建的综...     

桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道温度力释放整治研究

研究目的:为从根本上解决CRTS Ⅱ型板式无砟轨道在冬季离缝夏季上拱问题,本文提出具有可行性的将纵连式轨道结构解锁成全单元结构的温度力释放方案,引入内聚力单元和混凝土损伤塑性本构建立无砟轨道温度力释放分析模型,分析不同整治方案的温度适应性,并设计全单元方案的纵横向限位方式.研究结论:(1)弱纵连方案存在轨道结构上拱病害...     

千米级主跨公铁两用桥上特殊梁-轨相互作用关系研究

为研究复杂环境下因千米级主跨公铁两用桥梁结构特殊性引起的梁-轨相互作用问题，建立可考虑桥塔及索缆影响的无缝线路-悬索桥空间耦合模型，分析了公路车辆、横向风、主梁温差作用下的梁-轨相互作用变化规律。研究结果表明：对于千米级主跨公铁两用桥上无缝线路，公路车辆及横向风荷载虽然对线路的平顺性影响较小，但对钢轨纵向附加力及梁-轨相对位移的影响不容忽视；梁体整体降温15℃计算出的伸缩力比考虑板桁温差效应的结果偏大54.5%;上、下游主桁温差导致线路全线存在梁-轨相对位移，是千米级主跨桥上无缝线路不存在传统意义上的“固定区”的重要原因之一。因此，在千米级主跨公铁两用桥上无缝线路设计及运维过程中，建议考虑上述特殊梁-轨相互作用带来的影响。