土质路基CRTSⅠ型平板式轨道温度力研究

以土质路基上CRTSⅠ型板式无砟轨道结构作为研究对象,采用有限元软件ANSYS建立了土质路基板式无砟轨道力学实体模型,对CRTSⅠ型板式无砟轨道进行温度力分析,确定轨道板板面和板底温度相差±10℃时,确定平板式轨道板所受的最大拉应力、最大位移,以及温度荷载对CA砂浆、混凝土支承层、土质路基的影响程度,最终得出轨道板应该采用双向配筋及在计算中可以不考虑温度荷载对CA砂浆层的受力影响等结论。     

路基上CRTSⅢ型板式无砟轨道结构设计方案分析

路基上CRTS(China railway track system)Ⅲ型板式无砟轨道结构存在单元式和纵连式两种设计方案.通过建立纵横垂向空间耦合有限元计算模型,对两种设计方案在温度荷载、列车荷载、混凝土收缩及基础沉降变形作用下的力学特性进行了计算与对比分析.计算结果表明:对于严寒地区,基于温度荷载的影响较大以及轨道的可维修性,建议采用单元式结构.     

CRTSⅢ型板式无砟轨道下路基的累积变形

为研究CRTSⅢ型板式无砟轨道下路基在设计使用年限内的累积变形规律,设计了路基累积变形试验方案.介绍了CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基足尺模型试验平台,并在该试验平台上开展了1亿次循环荷载试验.试验结果表明:路基动应力受循环荷载作用轴次的影响很小;随着列车荷载作用轴次的增加,路基累积变形在加载初期增长较快,随后增长速率逐渐变小,当加载轴次达到350万次后趋于稳定,在1亿次加载后最终稳定值为3.38 mm;基床表层、基床底层、路基本体和地基累积变形分别占路基总体累积变形的68.93%、16.86%、8.88%、5.33%.最后,基于模型试验结果提出了高速铁路路基累积变形预测模型,可为建立起符合实际的列车长期重复荷载作用下高速铁路路基累积变形计算方法提供参考和借鉴.     

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.     

自重荷载下非均匀支撑板式无砟轨道静态响应

针对高速铁路路基不均匀沉降诱发的板式无砟轨道几何形态和应力状态恶化问题,建立了高速铁路CRTSII型板式无砟轨道-路基三维有限元模型,模拟了64种路基不均匀沉降组合(波长5～40 m,波幅5～40 mm),提出了基于混凝土底座柔度的形态映射和应力水平定量表征方法.研究结果表明,轨道结构的形态映射特征主要由混凝土底座柔度决定,在沉降波长小于15 m、或者波长在15～20 m之间且沉降幅值大于15 mm时,轨道结构与路基因变形不协调而出现脱离.轨道结构变形量的增加会导致混凝土结构附加拉应力和路基接触应力的增大,且易接近或超过相应的强度允许值而产生损伤破坏.同时,增加混凝土底座的模量和厚度,对提高轨面几何平顺性的效果并不显著,反而会增大结构自身的拉应力和路基接触应力.     

严寒地区CRTSⅢ型板式无砟轨道变形与损伤

为探明严寒地区外界荷载对无砟轨道非线性损伤及服役性能的影响,从细观损伤力学角度入手,建立了考虑混凝土塑性和结构配筋的CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基精细化模型,分析了不同路基冻胀下轨道结构变形和底座板损伤规律,并探讨了温度及列车荷载组合作用对结构的影响.结果表明:无砟轨道会因下部冻胀变形产生层间离缝,与冻胀量相比,冻胀波长是离缝产生与发展的主要因素;当冻胀发生在轨道板中部时离缝最大,在底座板凹槽位置时,其上表面混凝土最易出现拉裂损伤;整体降温会加剧底座板损伤,当负温度梯度与冻胀组合作用时,底座板与路基间离缝可达20.8 mm;列车荷载会加剧底座板损伤和减小其作用下方的结构层间离缝,由于"杠杆作用",荷载关于冻胀波峰对称位置处复合板层间离缝峰值比单一冻胀增加了55.5%.     

方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点抗剪性能

为研究方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点抗剪性能,以钢管混凝土柱节点试验尺寸为参照,建立方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点在往复荷载作用下的精细有限元分析模型。该模型考虑材料非线性、混凝土材料在循环荷载下的损伤退化、钢和混凝土之间的相互作用等因素的影响。通过与试验结果进行对比分析,验证该有限元模型具有较好的精度和可靠性。此后研究柱宽厚比、核心混凝土强度、轴压比和节点核心区高宽比等因素对节点的影响,提出一种方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点的核心区剪力-剪切变形恢复力模型。研究结果表明,该模型具有实用性,可为工程设计提供实际依据。     

高速列车作用下路基上板式无砟轨道动力系数

基于列车-轨道耦合动力学理论,建立列车-板式无砟轨道-路基三维有限元耦合动力学模型,并对建立的三维有限元耦合动力学模型进行相应的程序验证。运用建立的耦合动力学模型,对列车在路基上板式无砟轨道线路上高速行驶时,在线路平顺工况和各种不平顺工况下,无砟轨道各部件动力特性和相应动力系数进行理论研究。研究结果表明:在线路平顺状态下,车辆轮载及无砟轨道各部件动力响应很小,动力系数不超过1.2;在线路中长波随机不平顺激扰下,轮载动力系数接近2,无砟轨道各部件动力系数在1.70～2.06之间,轮载动力系数和无砟轨道各部件动力系数相差不大;短波不平顺对轮载动力系数有很大的影响,由于短波不平顺引起的振动在无砟轨道中衰减很快,其对无砟轨道上部部件动力系数的影响较大,而对无砟轨道下部部件动力系数的影响很小。     

地震荷载和列车荷载共同作用下弹性均质路基的动力响应

为了研究地震发生时列车移动荷载引起的弹性均质路基的振动响应规律,采用ABAQUS软件并与FORTRAN相结合建立轨道结构-路基-地基三维数值计算模型,通过编制DLOAD子程序模拟列车移动荷载,在模型底部输入地震加速度模拟地震荷载,采用三维黏弹性人工边界模拟波从有限域向无限域传播,忽略轮轨接触及轨道不平顺的影响,通过对比分析的方法,总结地震荷载和列车移动荷载共同作用下路基在不同列车速度及轴重条件下的应力、位移和加速度的振动特征。研究结果表明:地震荷载对路基的位移振幅起主导作用,列车移动荷载对路基的应力和加速度起主导作用;路基各结构层的位移随列车轴重的增加而减小,随车速增加表现为先减小后增大;路基各结构层加速度随着列车轴重的增加而增加,随车速增加表现为先减小后增大又减小的趋势;推测车速70 m/s为列车影响的临界速度。     

动态三轴压荷载历史对大骨料混凝土动态单轴抗压强度影响

利用静、动三轴试验机对大骨料混凝土预先施加三轴压荷载历史,之后对经历荷载历史的试件进行同应变率的单轴受压试验,研究了大骨料混凝土的动态受压性能与所经历的加载速率(应变率为10-5~10-2 s-1)和应力比荷载历史的关系.所有试验的三轴压荷载历史中σ3均加载至2.8fc,且未达到材料的极限强度,但是大部分试件已产生了微裂缝和不可恢复的变形.试验表明:在单轴受压试验中,大骨料混凝土破坏会沿着已有的裂缝继续发展,破坏形态不同于单轴抗压的柱状破坏,而与三轴压荷载下的斜剪破坏极为相似.经历三轴压荷载历史后的大骨料混凝土的抗压强度随着侧压力的增加而降低,随着应变率的提高而提高.强度损失随着应变率的增加而减小,随着侧压力的增加而增加.     

极地低温下GFRP管-混凝土短柱循环轴压性能

为了推广GFRP管-混凝土柱在极地基础设施建设中的应用，开展了14个GFRP管-混凝土短柱在极地低温环境下的轴压试验，主要研究参数为温度和GFRP管的径厚比．试验结果包括试验现象与破坏模式、荷载-应变曲线、塑性应变、刚度退化和耗能能力等．试验结果表明：所有试件破坏模式均为GFRP管环向撕裂，发生脆性破坏；单调加载下组合柱的荷载-应变曲线与循环加载下组合柱的荷载-应变曲线的包络线基本吻合，但循环荷载作用下组合柱的极限荷载和峰值应变略低于单调荷载作用下的组合柱；随着温度的降低，组合柱的极限荷载逐渐增大，峰值应变逐渐减小；循环荷载作用下，GFRP管-混凝土短柱的塑性应变与卸载点应变呈线性关系，且温度影响不大，混凝土强度是影响两者关系的主要因素；随着竖向应变的增大，GFRP管-混凝土短柱的刚度逐渐降低，且降低速率逐渐减小；GFRP管-混凝土短柱的等效黏滞阻尼系数逐渐增大，且增大速率逐渐降低．综合以上分析，采用“最远点”法确定GFRP管-混凝土短柱的名义屈服点，并提出了GFRP管-混凝土短柱在低温下的设计方法和设计流程，分别从强度、变形和GFRP管利用率3个角度来衡量试件设计的安全储备，为GFR...     

严寒地区无砟轨道温度场及轨道板温度梯度预估模型

严寒地区无砟轨道结构的温度荷载取值,是轨道结构设计及服役性能研究急需解决的关键工程问题。基于东北地区大连、沈阳、长春、哈尔滨四个主要城市的历史气象数据及热力学基本原理,建立了CRTS Ⅰ 型板式无砟轨道-路基结构热力学模型,分析在不利气象条件下无砟轨道-路基结构温度场分布特征,拟合计算结果建立了轨道板最大正负温度梯度与气象数据关系预估模型,对东北严寒地区轨道板最不利温度梯度进行讨论。结果表明：CRTS Ⅰ 型板式无砟轨道-路基结构内部温度垂向分布呈非线性,0.2米深度范围内,轨道板及路基的日温度变化幅度较为剧烈,在一日内承受正负温度梯度的交替作用,1.4m深度后路基的温度趋于平稳,变化幅度可以忽略;通过日气温温差、日太阳辐射总量、风速三个主要气象数据,可以较好的预估CRTS Ⅰ 型板式无砟轨道轨道板一日内的最大正负温度梯度;轨道板的最大正温度梯度与日温差和太阳辐射总量成正比,与风速成反比,轨道板的最大负温度梯度与日温差、太阳辐射量及风速成正比。     

不同环境下混凝土动态直接拉伸特性研究

在MTS810电液伺服万能试验机上对47个哑铃形混凝土试件进行了不同应变速率(10-5～10-0.3s-1)下的直接拉伸试验,系统研究了两种湿度、两种温度混凝土在不同加载速率下抗拉强度、初始弹性模量、泊松比、临界应变,以及吸能能力与应变速率之间的关系.试验结果表明,混凝土速率敏感性是由混凝土中自由水产生的粘滞性以及破裂形式的改变引起的;随着含水量的增加,混凝土的拟静态强度有降低的趋势,对应变速率的敏感性有所提高;在低温条件下混凝土的拟静态强度较室温条件下有所提高,对应变速率的敏感性却有所降低.     

移动荷载作用下既有高速铁路路基拓宽计算分析

通过有限元软件PLAXIS对土工合成材料加筋既有高速铁路路基的加筋效果和动态响应特性进行分析,以具体拓宽道路为例,对比有限元仿真模型计算结果与典型试验结果,验证了有限元模型的准确性,并对比了三维与二维模型的差异,研究了既有高速铁路加宽路基在移动荷载作用下的动态响应特性。结果表明：在列车动荷载作用下,变形不仅发生于荷载正下方路基,路基两侧的坡面上也伴随变形发生,且靠近加宽路基一侧的坡面变形更明显,相对整体而言,加宽路基处更容易发生过大的变形而导致失稳破坏。路基表面应力变化有一定滞后性,动应力衰减系数与列车速度呈正相关。相较于列车静载,列车动荷载产生的路基表面峰值应力更大。路基沉降与路基高度总体上呈现出正相关趋势,随着高度的降低,沉降减少。路基坡面横向变形随列车的运动响应较快,最大横向变形发生在路基上部。利用土工格栅对既有高速铁路加宽路基加筋,可显著改善路基变形特性,结合经济效益分析,在中上部进行加筋效果较优。     

历经荷载历史混凝土动态受压试验研究

在应变率10-5～10-2s-1,混凝土立方体试件历经0、30%、50%和75%极限抗压强度的荷载历史,在静动态三轴试验系统上进行相同应变率动态抗压试验,研究了不同荷载历史对混凝土在不同应变率时的动态抗压强度、初始弹性模量、临界应变以及应力应变全曲线等动态特性以及应变率的影响.试验结果表明不同应变率下历经荷载历史后,混...     

双层集中荷载作用腹板开孔混凝土简支箱梁模型试验研究

为揭示面向双层交通混凝土箱梁抗弯受力性能,对1/6比例腹板开孔、单箱三室混凝土箱梁模型,在弹性范围内进行了上下集中荷载抗弯受力性能试验研究.试验重点测试了不同荷载工况下的特征截面的应变分布及挠度变形;通过试验研究与分析,初步揭示了同样大小集中荷载作用在底板较顶板挠度大10%左右;截面应变分布不均匀,存在集中加载处应变较截面平均应变大20%~40%的现象.试验研究成果可为双层交通混凝土箱梁设计提供试验依据和参考.     

高速铁路RPC格构型轨道板的设计与仿真分析

分析了活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)材料的特性和普通混凝土轨道板的缺陷,在此基础上提出了将RPC这种超高性能的材料应用于轨道板的思想.根据设计荷载作用下轨道板的受力特点,建议采用格构型RPC轨道板,并给出了其设计图.利用有限元软件建立了不同类型板式轨道的三维空间模型,对其力学性能进行了研究,通过对不同类型轨道板应力位移的比较分析,证明了采用RPC格构型轨道板是合理和安全的,为我国高速铁路和客运专线板式轨道的设计提供参考,同时也为RPC材料在工程结构中的应用开辟了新的研究空间.     

圆钢管柱混凝土在焊接高温下的有限元研究

通过ABAQUS有限元软件对圆钢管柱混凝土外环板位置在4/4环焊接高温作用下进行有限元模拟分析,在圆钢管柱混凝土外环板位置施加温度场和轴向荷载,研究圆钢管柱混凝土在焊接高温和轴向荷载作用下的应力-应变关系,研究结果表明,当外环板焊接位置温度上升到约400℃时,会导致核心混凝土屈服应力降低约5%左右,极限承载力降低约10%左右,从而为实际工程设计和施工提供一些参考依据.     

高铁路基动力荷载传递规律研究

探明列车荷载激励下高速铁路路基结构振动特性和动力荷载传递规律具有重要意义。以云桂高速铁路工程为研究背景,采用现场试验、调研与数理统计和理论分析的方法研究列车荷载激励下路基内动态土压力、振动速度、振动加速度分布特征和传递规律,建立不同轨道型式高铁路基动荷载传递模型。结果表明路基振动荷载传递主要发生在基床结构层内,且基床结构型式和参数对改善振动荷载传递具有显著影响;高铁有砟轨道路基面动应力强度约为无砟轨道的3～5倍,但有砟轨道路基动应力随深度的衰减明显较无砟轨道快;采用双曲线函数可较好描述高速列车荷载激励下路基内动态土压力随深度衰减趋势。该研究可为高速铁路路基结构设计提供参考。     

三级配混凝土及湿筛混凝土单轴动态拉伸性能试验研究

考虑大骨料特性的混凝土动态拉伸性能研究是混凝土坝抗震特性研究的一个突出问题.进行了大坝迎水面常用的三级配混凝土及湿筛混凝土在10-5、10-4、10-3、10-2 s-1四种应变速率下的单轴动态直接拉伸强度试验.试验采用尺寸为250mm×250mm×400mm和150mm×150mm×300mm的棱柱体试件.试验测得不同应变速率下试件的单轴动态拉伸应力和应变.基于试验数据探讨了三级配混凝土及湿筛混凝土的破坏形态、单轴抗拉强度、峰值应力点的应变随应变速率的变化规律.此外,还建立了三级配混凝土与相应湿筛二级配混凝土的动态强度关系.试验结果可为混凝土大坝、海洋平台等的抗震设计提供理论依据.