墩底沉降对桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道纵向力的影响

针对墩底沉降引起的桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向受力与变形问题,基于有限元法和梁-板-轨相互作用机理,建立多跨简支梁和大跨连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,研究各墩底均匀沉降及差异沉降条件下无砟轨道和桥梁结构纵向力与位移分布规律.结果表明:各墩底发生均匀沉降时,两侧桥台及相邻桥墩顶为薄弱位置,两种桥上轨道结构纵向力与位移最大值及其变化趋势基本一致,且随沉降量的增加而线性增大;各墩底发生差异沉降时,沉降值突变的相邻桥墩顶为薄弱位置,该处轨道结构纵向力与位移随着沉降差值的增加而明显增大;需严格把控长大梁桥墩底桩基础的施工质量,避免各墩底发生差异沉降;研究成果可为桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路设计改进及工程建设提供参考.     

温度荷载下桥上CRTSⅡ型无砟轨道结构层间位移试验研究

为研究温度荷载下,高速铁路简支梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构层间位移的分布特点,开展无砟轨道-简支梁桥1/4缩尺模型温度荷载试验。采用远红外加热灯管结合温控系统及温度传感器模拟升温过程和降温过程,分析实测温度模式下无砟轨道层间位移的分布规律。研究结果表明:随着温度升高,轨道板、CA砂浆和底座板三者之间的纵向相对位移整体呈非线性增大趋势;轨道板相对底座板,底座板相对于梁体,它们的纵向位移零点分别发生在L/8截面和3L/8截面上(L为跨度);位移零点处轨道结构层发生挤压,使轨道结构产生局部上拱;随着温度升高,轨道板与底座板之间、底座板与梁体之间竖向相对位移不断增大,竖向相对位移在L/4截面上出现峰值,梁体沿桥纵向随温度的升高逐渐上拱,当温度降低时,上拱位移逐渐减小。     

大跨度连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道伸缩附加力的影响因素分析

建立连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力计算模型和求解方法,分析滑动层摩擦系数、底座板伸缩刚度和扣件纵向阻力对大跨度连续梁桥上伸缩附加力的影响.结果表明:降低滑动层摩擦系数和扣件纵向阻力可以减小钢轨和底座板伸缩附加力,增加底座板伸缩刚度可以减小钢轨和桥梁墩台伸缩附加力.     

高速铁路CTRSⅡ型板式无砟轨道温度场效应分析

以高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道为研究对象,通过建立CRTSⅡ型无砟轨道结构有限元模型,分析了温度梯度、日照温度曲线对轨道板变形的影响规律。研究结果表明,存在正温度梯度时,轨道板将产生上拱变形;存在负温度梯度时,轨道板将产生下挠变形,纵连钢筋对温度变形起到一定的抑制作用。随着日温度的变化,中午14时的轨道板结构翘曲变形最大;早上6时的轨道板翘曲变形最小。     

高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道结构动力特性分析

为了分析京沪高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的动力响应,通过建立无砟轨道结构-下部基础结构动力有限元分析模型,得到了结构前10阶模态和不同列车速度下无砟轨道结构的动力特性.分析结果表明:桥梁上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的自振频率都比规范的限值大,说明桥梁有足够的刚度保证列车行驶的安全性和舒适性;桥梁上板式无砟轨道结构的前10阶振型中大部分振型表现为横向扭转,桥梁结构横向刚度相对较小,在实际的高速铁路桥梁结构中应注意桥梁的横向稳定性;无砟轨道结构各个构件的竖向位移、竖向加速度、板底水平拉应力及CA砂浆层竖向压应力均随列车速度的增大而逐渐增大;线下基础结构顶面竖向压应力存在转折变化点.     

刚构桥上无砟轨道无缝线路病害研究

为分析某刚构桥两端CRTSⅠ型框架型板式无砟轨道无缝线路扣件复合垫板窜出、半圆形凸形挡台与底座连接处拉裂以及半圆形凸形挡台周围填充树脂与轨道板产生较大离缝等病害,基于桥上无砟轨道无缝线路受力特点,采用有限元的方法建立线-板-桥-墩一体化计算模型,分析树脂强度、桥上铺设小阻力扣件以及设置钢轨伸缩调节器对轨道结构受力和变形的影响。结果表明:刚构桥两端扣件复合垫板窜出主要是由于采用小阻力扣件时,桥梁两端位置处的钢轨与轨道板的相对位移过大所致;半圆形凸形挡台与底座连接处拉裂、树脂大离缝等病害主要是因为在扣件纵向阻力过大以及树脂层的强度未达到设计强度,钢轨与桥梁温度变化使凸形挡台周围树脂层受力过大所致;桥上采用小阻力扣件时应该研究其铺设范围以期达到既能降低钢轨伸缩附加力又不显著增加钢轨与轨道板的相对位移。     

离缝修复条件下无砟轨道板温度翘曲变形特征

根据高速铁路无砟轨道离缝修复工艺,基于双线性内聚力模型理论,采用内聚力单元模拟层间粘结界面,建立考虑多界面粘结的CRTSⅡ型板式无砟轨道有限元模型。计算分析了无砟轨道板在温度梯度-50 ℃·m^-1~+100 ℃·m^-1、温升温降-30 ℃~+30 ℃作用下的翘曲变形,结果表明：离缝修复条件下,在计算范围内温度荷载作用时,轨道板翘曲变形模式和最值与正常状态一致,说明离缝修复使无砟轨道板温度翘曲变形得到恢复。     

高速铁路博格纵连板桥上无砟轨道纵向力学特性

为研究高速铁路博格纵连板桥上无砟轨道纵向力学特性,建立纵向荷载作用下高速铁路博格纵连板桥上无砟轨道非线性有限元空间力学模型,与德国博格公司计算结果进行对比验证.以10跨32 m博格纵连板桥上无砟轨道为例,用所建立的力学模型,对伸缩荷载、制动荷载、断轨荷载、断板荷载工况下博格纵连板桥上无砟轨道空间力学特性进行研究,并与单元板式桥上无砟轨道计算结果进行对比.研究结果表明:与单元板式无砟轨道相比,博格纵连板桥上无砟轨道可以大大降低伸缩、制动、断轨荷载工况下作用在钢轨及墩台顶的纵向作用力,有利于采用大阻力扣件并在全线铺设跨区间无缝线路,保证列车高速安全运行,并降低高速铁路桥梁墩台造价,但博格纵连板桥上无砟轨道板折断后,将在无砟轨道各部件间引起较大的纵向作用力,因此,必须保证无砟轨道板施工质量.     

双线桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构涂刷反射隔热涂层影响分析

为降低持续高温对轨道结构的影响,分析反射隔热涂层在桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构上的适用性。对比分析反射隔热涂层涂刷前后及不同涂刷次序下桥梁–轨道系统的纵向受力特性。研究结果表明:全桥涂刷反射隔热涂层对梁体的影响可以忽略;在最不利条件下施工时,涂刷反射隔热涂层处底座板的伸缩压力增大200～400 kN,但远小于轨道板伸缩压力的降低幅度;涂刷反射隔热涂层后,轨道板伸缩压力降低约1 800 kN,有效降低了持续高温情况下轨道板上拱风险。在铁路双线桥CRTSⅡ型板式无砟轨道结构上涂刷反射隔热涂层时,优先考虑轨道板受力即可;双线同时涂刷对轨道结构受力最有利。     

无黏结支撑的轨道板板角离缝研究

为研究温度影响下的高速铁路无砟轨道板翘曲变形和变化规律,基于最小势能原理,利用傅里叶级数模拟轨道板翘曲过程的翘曲变形,对负温度梯度引起的板角离缝进行研究.利用京沪高速铁路CRTSⅡ型轨道板现场实测的板角翘曲数据,验证本文用于计算轨道结构翘曲变形的基于最小势能原理的计算方法,分析温度梯度影响下的轨道板翘曲规律.对比结果表明:新方法得到的计算结果和实测数据得到的数据吻合较好,验证了该方法的可靠性.研究结果表明:板端翘曲变形与温度梯度变化成正相关性,增大地基系数可以有效地减小温度引起的轨道板板端翘曲变形.     

基于扣件阻力试验的高速铁路桥上无缝线路纵向力研究

通过试验得到随竖向荷载变化的小阻力扣件纵向阻力模型,基于有限元法和梁-轨相互作用理论建立CRTSⅠ型双块式无砟轨道-桥梁相互作用分析模型,采用考虑竖向荷载对扣件影响的点荷载模式模拟列车竖向荷载和制动荷载,得到列车竖向荷载、制动荷载作用下的无缝线路纵向力;并分析荷载布置方式、扣件纵向阻力模型和荷载模式等设计参数对钢轨纵向力的影响。研究结果表明:扣件在竖向有载情况下,随着竖向荷载增加,纵向阻力基本呈线性增长;扣件纵向阻力可取扣件竖向力与摩阻系数乘积,小阻力扣件摩阻系数偏安全取0.19;列车荷载作用下,同一转向架下2轮对影响范围可按8个扣件考虑,扣件分担荷载可取竖向荷载与扣件荷载分担比乘积;荷载布置方式对钢轨纵向力有一定影响,2种不同扣件纵向阻力模型计算的钢轨纵向力差别不大,ZK活载作用下的钢轨纵向力将轴重作用下的钢轨纵向力完全包络,对于高速铁路客运专线简支梁桥,列车荷载发展系数范围为2.36～3.33。     

高温季节桥上纵连板式无砟轨道的温度分布

为得到桥上纵连板式无砟轨道在夏季高温环境下的温度分布规律,在某客运专线上的CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道中埋设温度传感器对其内部温度进行长期连续观测,得到无砟轨道内温度分布规律以及无砟轨道内横、竖向温度梯度荷载模式。研究结果表明:无砟轨道在与外界进行热交换的过程中,内部温度分布呈现明显的非线性并随环境温度呈周期性变化;随着轨道结构深度增加,不同位置出现的温度峰值逐渐减小,出现时间不断滞后,夏季底座板底部较轨道板顶部出现峰值时间一般滞后3 h,无砟轨道竖向温度梯度分布曲线符合指数分布规律,与中国铁路设计规范规定的箱梁竖向温度梯度分布曲线在形式上较相近;横向梯度分布曲线宜采用三段线分别拟合。     

高铁长大桥梁CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路的动力学特性

在大跨度连续梁上铺设CRTS Ⅰ型板式无砟轨道结构,并且考虑高速车辆的动力作用之后,其梁轨相互作用机理更加复杂.基于ABAQUS软件,建立高速铁路长大桥梁CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合动力学模型,可以对高速条件下高速车辆、无缝线路钢轨、无砟轨道和长大桥梁各细部结构的动力学特性进行研究.经计算和检算可知,在铺设CRTS Ⅰ型板式无砟轨道无缝线路的(80+ 128+ 80)m连续梁上运行时速350 km的高速车辆,其各项动力学计算结果均满足动力学检算标准.     

桥上Ⅲ型板式无砟轨道纵向力计算模型简化

为简化大跨连续梁桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路纵向力计算模型,基于原有计算模型、连续梁桥受力特点及梁-板-轨相互作用原理提出简化的等截面计算模型,并将新的模型与原变截面模型分别在伸缩力、制动力及挠曲力工况下的计算结果进行对比分析.结果表明:简化模型与原模型在伸缩力和制动力工况下各结构纵向力与位移变化趋势基本一致,计算结果误差均不到1%,满足工程需要;简化模型与原模型挠曲力工况下计算结果相差很大,挠曲力工况下须根据连续梁实际截面参数进行建模计算;各轨道及桥梁结构挠曲受力与变形均很小且一般不作为设计检算指标.提出的简化模型其建模速度和计算效率可提高20%～40%.     

轨道板纵向温度变形对植筋效果影响

温度荷载作用下的轨道板纵向伸缩变形带动锚固钢筋发生偏位，结构受力状态与设计初衷产生差异。为明确轨道板温度变形对植筋实际效果的影响，首先开展纵连板式无砟轨道温度变形监测，量化表征锚固钢筋的实际偏位量；其次建立无砟轨道植筋锚固精细化有限元模型，分析不同偏位条件下植筋胶层的损伤规律；最后明确了锚固钢筋偏位与脱胶耦合作用下无砟轨道的实际植筋效果。结果表明：轨道板纵向温度变形量可达0.946mm。锚固钢筋的偏位加剧了植筋胶层损伤，且呈现垂向自上而下的演变规律，是造成锚固体系脱胶失效的主要原因。植筋胶层与轨道板的脱黏削弱了锚固体系抵抗高温上拱变形的能力，当脱胶深度超过200mm后，轨道板上拱量增大了137.18%。在无砟轨道实际植筋的效果评价中需考虑轨道板的纵向温度变形，动态调整实际养护维修方案。     

多跨简支梁桥上无砟轨道无缝线路受力研究

为研究多跨简支梁桥上不同无砟轨道对应无缝线路的受力特点,基于梁轨相互作用原理推导了可以考虑非线性阻力的多跨简支梁梁轨相互作用公式,并与有限元法进行了对比.分别建立了32 m标准跨度简支梁桥上不同无砟轨道模型,分析对比了实测温度荷载与制挠力耦合作用下各无砟轨道对应的无缝线路受力规律,同时探讨了简支梁跨数墩顶刚度以及扣件阻力等结构参数的影响.结果表明:对于32 m标准跨度简支梁,随着简支梁跨数的增加,钢轨附加应力最大值趋于稳定,且稳定时的最大值均小于规范限值,对于铺设无砟轨道的简支梁桥,其跨数不受钢轨附加应力限制;对于单元板式及双块式无砟轨道,当墩顶纵向刚度大于2 000 kN/cm时,墩顶刚度的变化对其钢轨附加应力的影响很小;多跨简支梁桥上无砟轨道不建议采用小阻力扣件.     

轨道板损伤对桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道力学特性的影响

基于轨道板与底座板分离,建立了考虑轨道板损伤的CTRSⅡ型板式无砟轨道与桥梁相互作用力学模型,并采用有限单元法求解,分析了轨道板全断面开裂和更换轨道板对大跨度连续梁桥上钢轨、底座板、剪力齿槽、桥梁墩台及砂浆受力的影响.结果表明:轨道板全断面开裂后钢轨、底座板的纵向力增加,最大增幅分别为22.55和131.48 k N,轨道板纵向力则降低,剪力齿槽、桥梁墩台的纵向力变化很小;轨道板全断面开裂对钢轨和底座板纵向受力影响范围分别为32~50 m和24~36 m;桥梁伸缩或列车制动作用下全断面开裂位置的砂浆阻力接近其极限阻力,为避免砂浆开裂应及时更换轨道板;更换轨道板对底座板纵向受力影响最大,建议轨道板进行更换作业的板温变化幅度控制在15℃以内.     

春季纵连板式无砟轨道非线性温度分布

为得到圆曲线上无砟轨道结构温度场分布的时变规律,在某客运专线圆曲线段上的CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道中埋设温度传感器,对其温度分布进行了长期连续观测,在大量测试数据的基础上通过概率统计获得无砟轨道横、竖向温度梯度荷载模式.结果表明:无砟轨道结构在与外界的热交换过程中,其内部竖向和横向温度呈非线性分布;轨道结构温度随着环境温度变化呈现周期性变化;随着与表面距离的增加,不同位置处出现温度峰值的时间存在明显滞后,轨道结构底部出现温度峰值的时间比顶部延迟约5 h;无砟轨道竖向温度梯度分布曲线符合指数分布规律,与中国铁路设计规范规定的箱梁竖向温度梯度分布曲线在形式上较为相近.     

市域铁路无砟轨道简支梁桥墩纵向刚度合理限值

基于梁-轨相互作用理论建立线-板-桥-墩空间耦合模型,研究了无砟轨道简支梁桥墩纵向刚度对钢轨附加力及断缝值的影响,给出了市域铁路简支梁桥墩纵向刚度限值的控制因素及合理值．结果表明：增大桥墩纵向刚度可减小钢轨附加总应力和梁-轨相对位移,不同于有砟轨道简支梁桥,市域铁路无砟轨道简支梁桥墩纵向刚度限值由钢轨强度控制;建议24,32,48 m简支梁桥上铺设U71Mn钢轨和常阻力扣件,温暖区域桥墩刚度限值分别取5,6和15 MN/m,寒冷区域取5,12和54 MN/m;64 m和80 m简支梁上铺设U75V钢轨和常阻力扣件,温暖区域刚度限值分别取22 MN/m和70 MN/m,寒冷区域取84 MN/m和240 MN/m;当寒冷区域80 m简支梁桥两侧梁端铺设小阻力扣件时,桥墩刚度限值可减小至84 MN/m.     

桥上CRTSⅡ型无砟轨道底座板张拉控制

CRTSⅡ型板式无砟轨道具有施工精度高、运营速度高、座车舒适度高的特点,在我国高速铁路建设上得到大规模推广应用高速铁路客运专线为了大量减少工后不均匀沉降存在的危害,在线路设计上除了隧道便是大量的使用桥梁设计,而底座板是CRTSⅡ型板式无砟轨道中的基础工序及工程量最大的工序,而底座板的张拉又是CRTSⅡ型板式无砟轨道中关键工序,它的成功与否关系着无碴轨道的稳定和列车的运输安全,因此,底座板施工中张拉环节非常重要,应加强质量控制,以确保底座板张拉质量符合设计要求