连续梁桥上CRTS双块式无砟轨道疲劳特性

为探讨梁轨非线性互制作用下连续梁桥上双块式无砟轨道系统静动力荷载下结构响应,预测桥上无砟轨道结构的疲劳寿命,基于梁轨相互作用原理与车辆-轨道-桥梁耦合动力学原理,以昌景黄铁路某(40+64+40)m连续梁为研究对象,采用有限元方法建立了考虑桥梁、支座、底座板、道床板、扣件和钢轨等构件及结构层间非线性约束的连续梁-CRTS双块式无砟轨道的一体化空间分析模型,研究列车静活载作用下桥梁、道床板、底座板及钢轨的动力响应特性与无缝线路纵向力分布规律,分析连续梁桥上无砟轨道结构疲劳特性。结果表明：温度荷载作用下钢轨最大压应力位于连续梁两端,最大拉应力位于桥梁跨中;竖向荷载作用下钢轨最大拉应力位于连续梁桥墩,最大压应力位于桥梁跨中;制动荷载作用下钢轨拉、压应力极值均位于桥梁桥墩;钢轨纵向力由温度荷载控制,最大应力为143.1 MPa,满足规范要求;列车动载作用下,简支梁和连续梁上钢轨最大拉、压应力相当,道床板最大拉应力出现在连续梁跨中限位凹槽附近,其板底拉应力大于板顶,底座板最大拉应力出现在连续梁主墩附近,且板顶和板底的拉、压应力基本相同;列车动载作用下,钢轨最易破坏处寿命约27.1 a,道床板和底...     

温度作用对CRTSⅡ型无砟轨道结构体系的影响及损伤分析

研究了CRTSⅡ型板式无砟轨道结构体系温度作用影响并进行损伤分析。采用ABAQUS有限元软件建立了路基上的CRTSⅡ型板式无砟轨道结构有限元分析模型,对温度作用下CRTSⅡ型无砟轨道结构的力学响应、影响因素及可能发生的损伤进行了分析,并提出相应的技术措施以改善温度作用对结构造成的不利影响。     

高温天气下CRTSⅡ型板式无砟轨道温度特性

在高温条件下,无砟轨道内部非线性温度梯度变化是导致轨道床板反复翘曲变形从而产生层间离缝的主要因素之一.以华东地区某客运专线路基段CRTSⅡ型板式无砟轨道为例,选取夏季高温天气时间段进行实际测试,研究CRTSⅡ型板式无砟轨道板和测试范围内温度分布规律.研究表明,轨道板深度5 cm处温度最小值出现在3:00—5:00,最大值出现在13:00—15:00,测试范围内部温度最大(小)值出现时间随着深度的增加会存在一定滞后,滞后时间最长约6 h;温度由测试范围外部到内部呈跟随性变化;轨道板、测试范围竖向最大正温度梯度分别为56.08℃/m和43.76℃/m,竖向最大负温度梯度分别为-18.92℃/m和-17.19℃/m.     

温度与列车荷载作用下高速铁路无砟轨道力学性能研究进展

为深入了解温度及高频列车荷载作用下无砟轨道结构损伤研究进展,概述无砟轨道的主要结构型式及其优缺点,梳理无砟轨道温度场与温度效应的研究现状,重点分析不同温度荷载形式下层间界面损伤发生、发展过程与变化规律;介绍静力作用下路基、桥上无砟轨道的静力特性及疲劳荷载作用下的疲劳损伤演化机制;探讨温度-列车荷载耦合作用下无砟轨道结构力学响应研究现状及其重难点;总结目前研究的局限并进一步展望未来发展趋势。结果表明：具有太阳辐射地域性差异的无砟轨道温度作用模式和取值鲜有研究,设计规范也没有针对性说明,后续应结合历史气象数据准确计算无砟轨道温度作用,绘制不同地域的无砟轨道温度作用取值等温线地图,提高结构温度作用取值和温度计算理论的精度;对温度及列车荷载对无砟轨道结构损伤的研究多集中于整体结构,细部结构损伤演化未深入研究,应对标工程实际,结合轨道细部构件与整体结构、室内加速试验与现场试验、数值分析与试验研究,量化无砟轨道各参数与结构的映射关系;因试验条件限制,现有温度-荷载及力学试验均分段进行,仅从数值模拟角度对无砟轨道开展温度-列车荷载耦合作用下的性能研究,数值结果缺少模型试验的验证,应在单一荷载研究背景下进一步突破温度-列车荷载耦合作用下的多尺度模型试验方法、多场耦合精细化数值分析方法,揭示温度-列车荷载耦合动力学行为和轨道结构失稳机理;循环温度、持续高低温等复杂温度和列车荷载耦合效应鲜有研究,应探明复杂温度-列车荷载耦合作用下无砟轨道损伤演化机制,优化无砟轨道体系设计,完善耦合作用下的轨道结构性能服役评估标准。     

CRTSⅡ型无砟轨道CA砂浆开裂风险有限元计算

工程实践表明,CRTSⅡ型无砟轨道CA砂浆在施工早期阶段具有较高的开裂风险,为揭示CA砂浆开裂的规律,采用有限元模拟的手段对CRTSⅡ型无砟轨道CA砂浆的早期收缩开裂风险进行了模拟计算。结果表明:CRTSⅡ型无砟轨道CA砂浆两侧边的开裂风险远高于板中部分,侧边部位CA砂浆早期收缩应力随着龄期发展不断增大,第6d后开裂风险因子首次突破临界值1;氢氧化钙类膨胀剂可以有效延迟CA砂浆开裂的时间;CRTSⅡ型无砟轨道侧边CA砂浆28d干燥收缩率小于120×10-6时,在整个观测期内无开裂风险。研究结果可为我国CRTSⅡ型无砟轨道CA砂浆裂缝的预防与控制提供参考。     

CRTSⅡ型板式轨道CA砂浆层应力波法损伤识别

CRTSⅡ型板式无砟轨道在常年反复的使用过程中,其CA砂浆层易出现层间离缝、脱空等损伤。目前应用冲击回波法对无砟轨道板进行的无损检测需要在轨道板上布置较密的测线,并进行多点激发与接收。这种方法不适合对轨道板CA砂浆层损伤进行快速普查。作者用三维有限元法分析了单点激发下应力波在CRTSⅡ型轨道板中的传播规律。通过比较有无CA砂浆层缺陷轨道板周边的速度或加速度峰值,发现可根据CA砂浆层缺陷引起的速度或加速度峰值的变化率检测缺陷。如果取6%的变化率为阀值,在轨道板周边按20cm的间距设加速度检测点,或按30cm的间距设速度检测点,单点激发即可识别CA砂浆层中40cm×40cm以上的损伤。     

季冻区CRTS I型无砟轨道不平顺规律及受力特性

为探讨路基冻胀变形对轨道不平顺及结构受力的影响规律,基于ANSYS有限单元分析方法,以哈大高速铁路冻胀区路基段为研究基础,建立了考虑限位凸台、凝胶树脂及层间粘结接触特征的CRTS I型板式无砟轨道-路基冻胀冻融耦合精细化有限元模型. 在此基础上,探讨局部冻胀区路基冻胀变形发生位置、不同冻胀波长及幅值对无砟轨道结构的影响,分析了短波冻胀下轨道不平顺、层间离缝特性与静力学性能. 结果表明:短波冻胀时无砟轨道结构不平顺范围、变形、离缝、受力等各项指标均随冻胀波长的减小、冻胀峰值的增加而增大;冻胀发生于底座板板中时对轨道结构受力影响最大,冻胀发生于底座板伸缩缝时对轨道结构变形离缝影响最大;相对于轨道板结构,底座板承受拉应力最大,冻胀发生于底座板板中时结构受力影响更大;在轨道结构抗拉强度方面,底座板为限制结构,建议冻胀检修限值的波长为10 m、峰值为5 mm.     

磷酸镁水泥对无砟轨道板损伤裂纹的修复性能

在使用过程中长期受到列车荷载和温度荷载的作用下,板式无砟轨道床道板易出现裂纹使得板内钢筋锈蚀降低其寿命。通过分析无砟轨道裂缝产生的原因与特点,结合磷酸镁水泥的工程特性,研究磷酸镁水泥用于无砟轨道板裂缝修复的适应性。从施工性能和耐久性角度对磷酸镁水泥和其它修复材料进行对比试验研究。采用ABAQUS有限元软件,对磷酸镁水泥在无砟轨道板修复中的受力和变形性能进行模拟,为磷酸镁水泥在无砟轨道损伤修复应用提供一定的理论基础。     

季冻区CRTSⅠ型无砟轨道不平顺规律及受力特性

为探讨路基冻胀变形对轨道不平顺及结构受力的影响规律,基于ANSYS有限单元分析方法,以哈大高速铁路冻胀区路基段为研究基础,建立了考虑限位凸台、凝胶树脂及层间粘结接触特征的CRTS Ⅰ型板式无砟轨道-路基冻胀冻融耦合精细化有限元模型.在此基础上,探讨局部冻胀区路基冻胀变形发生位置、不同冻胀波长及幅值对无砟轨道结构的影响,分析了短波冻胀下轨道不平顺、层间离缝特性与静力学性能.结果表明:短波冻胀时无砟轨道结构不平顺范围、变形、离缝、受力等各项指标均随冻胀波长的减小、冻胀峰值的增加而增大;冻胀发生于底座板板中时对轨道结构受力影响最大,冻胀发生于底座板伸缩缝时对轨道结构变形离缝影响最大;相对于轨道板结构,底座板承受拉应力最大,冻胀发生于底座板板中时结构受力影响更大;在轨道结构抗拉强度方面,底座板为限制结构,建议冻胀检修限值的波长为10 m、峰值为5 mm.     

日照作用下箱梁桥上无缝线路纵向力

论述基于ANSYS的混凝土箱型梁桥日照温度场分析方法,应用实测数据对计算结果进行验证.采用带有组合截面信息的空间梁单元模拟箱型连续梁桥,计算其在日照作用下的温度效应,采用非线性弹簧模拟无缝线路（CWR）纵向阻力,以6×32 m箱型截面预应力混凝土连续梁桥为算例,分析日照作用下钢轨纵向力的分布规律,对相关参数的影响进行探讨.分析表明：日照作用下钢轨应力在正午时取得最大值,午夜时取得最小值,而按照现行规范中整体升温20 ℃计算的钢轨伸缩力是日照作用下钢轨应力的1.3倍,增加底座板厚度将有利于改善钢轨受力.在日照作用下,钢轨应力与大气透明度系数成正比,铺装层采用浅色涂层并保持光滑度将有利于减小钢轨应力.     

基于区间层次分析的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道开裂状况评估

为了实现对CRTS Ⅲ型板式无砟轨道开裂的伤损管理,提出针对多条不同开裂形式裂缝的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道开裂状况评价指标和计算方法. 通过专家咨询获取437份有效调查问卷,采用德尔菲法和区间层次分析建立结构层次以确定各参数的权重,并将所提评估方法应用于工程实例. 结果表明：与层次分析法相比,结合德尔菲法和区间层次分析求取的参数权重更具客观性;工程实例中的开裂状况评价指标CCI为75.30分,评估方法的合理性得以验证,工程实例计算结果表明所提评估方法能够定量分析无砟道床的开裂严重程度.     

高速铁路无砟轨道路基翻浆模型试验

针对高速铁路无砟轨道出现的路基翻浆病害,构建了足尺的轨道路基翻浆模型试验系统,量测了路基翻浆发生过程中路基的含水率、基质吸力和超孔隙水压力,分析了高速列车动荷载作用下路基动水压力的变化规律,并探讨了高速铁路无砟轨道路基翻浆的机理和影响因素.结果表明:无砟轨道基床表层在雨水入渗条件下基本处于饱和状态,在列车动荷载的长期作用下,易发生翻浆病害;超孔隙水压力的显著增大导致路基发生翻浆,翻浆区域内超孔隙水压力的增量沿基床表层深度方向上保持不变;饱和状态下,底座板两侧路基的超孔隙水压力较路基中心线下更高,更易发生翻浆.降低路基含水率或孔隙水压力可有效地防止和抑制路基翻浆的发生.     

基础刚度突变对双块式无砟轨道振动的影响

为了研究基础刚度突变对双块式无砟轨道垂向振动的影响,运用通用有限元软件ANSYS建立了双块式无砟轨道垂向动力学有限元模型.分析了模拟列车荷载通过5种不同基础刚度比时,无砟轨道结构的垂向振动响应.结果表明:基础刚度突变和列车行车速度对无砟轨道结构垂向振动的影响十分显著,为了保证列车平稳运行和减缓轨道结构的破坏,需在基础刚度突变处设置过渡段.     

轨道刚度变化对高速列车-板式轨道系统振动响应的影响分析

针对板式轨道的结构特点,利用横向有限条与板段单元模拟板式轨道,并考虑轮轨竖向位移衔接条件,基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立了高速列车-板式轨道动力学耦合系统的竖向振动矩阵方程.在此基础上,分析了板式轨道的刚度变化对此系统竖向振动响应的影响规律.计算结果表明,合理的轨道刚度将有利于降低此系统的竖向振动响应.并建议CA砂浆刚度合理的取值范围为1 000—1 500 MPa/m,轨下垫层刚度合理的取值范围为60—80 kN/mm.     

轨道刚度不平顺对高速车-轨-桥系统振动的影响

轨道刚度不平顺从轨面上难以区分,当列车通过时则会产生巨大的轮轨冲击或轨道变形,严重影响系统的安全平稳运营。针对该问题,首先解析推导了轨道刚度不平顺的数学表达式,并基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论建立了高速列车-板式轨道-轨桥耦合动力学模型;在此基础上从时域和频域角度研究了常规型轨道刚度不平顺对系统的影响;并以扣件失效为例,研究了缺陷型轨道刚度不平顺对系统动态特性的影响规律。结果表明:轨道刚度不平顺对系统振动有明显影响;轮轨力、轮对加速度及构架沉浮加速度等列车振动响应明显,表现出扣件间距及轨道板长度的周期性影响;在所考察的指标中,构架点头加速度对轨道刚度不平顺最为敏感;当考虑结构弹性后,轨道板边缘位置处的振动较板中位置处的振动大,两位置处钢轨加速度幅值比为1.17,而轨道板的加速度比值则达到了2.2;常规型轨道刚度不平顺主要引起结构周期振动,可能导致系统共振,加速结构损伤;缺陷型轨道刚度不平顺会造成轮轨冲击,严重时导致轮轨垂向力和轮重减载率超标,威胁行车安全;列车在250~350 km/h之间速度运行时,失效扣件的数量最多为1个。     

多桥墩沉降下轨道底座板与桥面板间脱空区域的研究分析

分析了桥梁上纵连板式轨道结构下底座板随桥墩沉降产生脱空区域的机理.在此基础上,推导了纵连板式轨道结构下桥墩沉降与底座板脱空区域间映射关系的解析表达式,计算了底座板随桥墩沉降的位移曲线,并与有限元模型结果进行对比,最后在单墩沉降、相邻两墩沉降和相邻三墩沉降3种工况下,对不同沉降量产生的脱空区域范围和间距值进行对比分析.结果表明:解析模型可用于求解纵连板式轨道结构下底座板由于桥墩沉降产生的脱空问题;单墩沉降下底座板脱空区域范围和脱空最大间距随沉降量的增加而增加;在相邻两墩和三墩沉降工况中,脱空区域间距值与桥墩沉降处相邻的两跨梁夹角有关,且某一桥墩的沉降值产生变化,只会对相邻桥墩的脱空区域间距值产生影响.     

浅谈CRTSⅠ型双块式无砟轨道"轨排框架法"施工技术

无砟轨道以其高平顺和高稳定性满足高速铁路对线路的要求,CRTSⅠ型双块式无砟轨道工程具有技术标准高、施工精度要求高、质量控制指标要求严、受天气影响大、施工场地狭小、交通组织困难等特点,是工程施工的重点和难点,"轨排框架法"高低调整支撑体系设置在道床外侧,在施工过程中避免设置安装套管和后期封堵等环节,纵向模板采用定制组合...     

高速铁路混凝土斜拉桥主梁施工控制

以新建安庆至九江铁路长江大桥北汊航道桥为背景,详细论述了混凝土斜拉桥悬臂施工工艺每一施工步骤的受力特点及变形状态,尤其对牵索挂篮的方案选择、刚度确定、简化计算、边界模拟等多个监控计算时重要参数深入剖析,并利用有限元进行监控计算,进行立模标高的确定,同时对于高速铁路无砟轨道桥梁,在关注主梁线形时提出应该关注轨道板底座位置...     

高速铁路无砟轨道温度场简化计算方法

为了计算高速铁路无砟轨道结构的温度场,根据热工学原理和简化的气象边界条件,建立求解曝露于大气环境下的高速铁路无砟轨道结构温度场方程.利用在京沪高速铁路CRTS-II型无砟轨道结构现场实测的温度分布数据对解得的温度场方程进行验证,并分析无砟轨道结构温度场的分布规律.结果表明:基于温度场方程的无砟轨道结构温度计算数据与其现场实测数据的分布规律基本一致;无砟轨道结构内部温度分布受到的外界环境影响在距其表面0~0.2m内非常明显,在0.2~0.4m内影响比较一般,而大于0.4m时影响比较微弱;轨道结构最大正温度梯度受其厚度的影响明显,在其上部0~0.2m内的最大正温度梯度出现时段一般为13:00~15:00,不同季节中夏季的最大正温度梯度最大、冬季最小.     

无砟轨道结构层间损伤识别技术研究进展

无砟轨道在长期服役过程中受到列车荷载和复杂环境的耦合作用，会发生材料性能衰退、结构损伤累积，导致其服役性能逐渐劣化.综合论述中国板式和双块式无砟轨道常见层间损伤的表现形式和产生的原因；总结探地雷达法、冲击回波法及其他局部损伤识别方法在无砟轨道损伤识别中的应用情况，提出结合多种局部损伤识别技术是实现轨道局部损伤精准识别的关键；归纳基于模态参数、无砟道床振动信号及车辆振动信号的整体损伤识别技术，指出须扩充现场损伤检测样本以提高识别方法的泛化能力；详细分析各类识别方法的优势和局限性，为完善中国无砟轨道结构损伤识别技术体系和制定科学合理的维修策略提供指导．