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。     

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.     

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。     

高速铁路双块式无砟轨道车辆荷载动态传递特征

为研究车辆荷载在无砟轨道中的传递特征,建立车辆-双块式无砟轨道耦合动力学模型,对车辆荷载在无砟轨道主体结构内的动应力和振动加速度传递规律进行研究,并对行车速度、结构尺寸及层间接触状态等影响因素进行分析. 结果表明:车辆荷载的主承载区分布在道床板内,垂向动应力峰值在0.1 m深度之内衰减73%;车辆荷载的主振动区主要分布在道床板内并传递至支承层,垂向加速度峰值在0.1 m深度之内衰减89%;轨道结构动态受力及振动响应均随行车速度的增加而增大;适当减少轨道结构宽度,对其受力和振动特性影响较小. 无砟轨道结构层间插入隔离层,可减小轮轨动力响应及轨道结构动态受力,但结构层间垂向加速度明显增大,插入弹性层,可减小钢轨垂向加速度,但对轮轨动力响应、道床板和支承层动态受力及振动特性影响较小. 所得结论可为无砟轨道设计和优化提供理论参考.     

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。     

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。     

轨道交通中无砟轨道动力模型分析

本文首先对轨道交通中广泛采用的无砟轨道结构的减振特点进行了分析,并在对其结构尺寸分析的基础上,针对预制式轨道板结构的特点,本文建立了预制式浮置板结构的动力分析模型,即结构的刚体振动模型。同时比较了现浇连续型轨道板的梁的振动分析模型,根据无砟轨道轨道板上述两种动力分析模型对计算结果的影响分析,确定了轨道板上述两种动力模型的应用范围：刚体模型在工程中一般适应于预制式无砟轨道结构,当轨道板的长厚比小于或等于25时,其动力模型取为刚体模型;反之,轨道板的长厚比大于25时其动力模型取为梁模型,梁模型一般适应于现浇的无砟轨道轨道板结构。     

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...     

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.     

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.     

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,...     

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.     

高速列车随机激振载荷无砟轨道路基的动应力分布规律

相较于传统的列车-轨道-路基整体耦合三维有限元模型,提出一种优化处理列车荷载的方法,基于多体系统动力学理论建立列车-轨道垂向耦合模型,并通过数值计算得到考虑了轨道随机不平顺条件下的轮轨激振载荷,随后利用二次开发子程序将轮轨载荷导入无砟轨道-路基-天然地基土非线性数值分析三维有限元模型,在此基础上研究分析高速移动荷载作用...     

剪切疲劳荷载下无砟轨道灌缝胶低温粘附特性

为研究无砟轨道聚氨酯灌缝胶在剪切疲劳荷载下粘附性能发展规律,依据灌缝胶工况开发了剪切疲劳试验及低温粘附特性直接拉伸试验,对经不同次数剪切疲劳加载的粘附性试件进行直接低温拉伸试验,分析剪切疲劳前后不同灌缝胶最大拉力、破坏位移指标的变化规律,及拉力-位移曲线的发展特性.结果表明:对未经疲劳加载的灌缝胶,材料异氰酸酯指数R与粘附强度呈正相关,与粘附抗变形能力呈负相关;疲劳加载后,R与材料抗疲劳性能呈负相关;疲劳加载初期,R较小的灌缝胶因体系内链段取向而出现粘附性能提高、离散性变大现象;疲劳加载过程中,由于材料内部介质不连续导致最大拉力指标稳定性优于破坏位移;随剪切疲劳加载次数增加,材料内部损伤累积破坏了粘附整体性,使失效模式由脆性破坏趋向于韧性破坏;基于试验结果,推荐抗剪切疲劳性能较好灌缝胶R宜在1.7~2.5之间.     

基于混凝土塑性损伤模型的轨道板损伤规律

基于混凝土塑性损伤模型,建立CRTS Ⅰ型轨道板损伤分布计算模型,将Tekscan传感器测得的钢轨支点压力作为荷载输入,以轨道板竖向位移及拉伸损伤因子作为评价指标,分析客货共线条件下水泥乳化沥青（CA）砂浆离缝状态时锚穴周边轨道板上表面混凝土的内部损伤规律. 结果表明：随着离缝长度的不断扩展,损伤产生及完全损伤的临界离缝高度均逐渐变小;当离缝长度扩展至第2、3锚穴时,客车荷载下损伤产生的临界离缝高度分别约为0.8、1.0 mm,货车荷载下约为0.5、0.8 mm;一旦超出损伤产生的临界离缝高度,由于轨道板损伤的发展,轨道结构整体抗弯刚度迅速降低导致板端竖向位移迅速增大;对于客车荷载,当离缝扩展至第3锚穴且高度大于1.0 mm后,CA砂浆形成脱空,板端位移不再增长,对于货车荷载,当离缝扩展至第3锚穴且高度大于1.3 mm后,由于二次损伤带的产生,板端竖向位移随离缝高度的增大迅速增大.     

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.     

无自由边弹性薄板的损伤识别研究

针对含损伤的二维线弹性板的损伤识别问题展开研究,用变分原理对无自由边的线弹性薄板建立了含损伤的挠度函数表达式。以损伤物性参数为识别变量,建立泛函并取极值,得到识别向量的迭代公式,为避免非线性带来的病态问题,在迭代过程中,加入正则化技巧,讨论了了最优解的特性,并给出了迭代乍法的计算步骤。     

板边离缝对桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道动力特性的影响（英文）

CRTSⅢ型板式无砟轨道结构中的自密实混凝土层损伤会致使轨道板部分脱空,进而影响列车行驶的舒适性、安全性以及轨道板和桥梁结构的耐久性。为研究板边离缝对桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道系统动力响应的影响,基于多体动力学理论,利用ANSYS+SIMPACK联合仿真,建立了考虑墩台纵向支座刚度、轨道结构及层间接触特性的列车-轨道-桥梁一体化动力仿真模型,分析了不同离缝宽度、长度以及离缝位置工况下系统的动力特性,并归纳了板边离缝的长度和宽度的限值。研究表明：在自密实混凝土没有沿轨道板横向完全脱空时,板边离缝对列车-轨道-桥梁系统动力特性的影响不大。当自密实混凝土沿轨道板横向完全脱空时,在离缝长度超过1 m后,系统动力响应变化幅度增大。当离缝长度达到1.6 m时,轮重减载率达到0.769,超过限值,威胁列车行驶的安全性;当轨道板竖向加速度增幅达到250.1%的,将影响轨道系统的使用寿命。