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。     

无砟轨道板端上拱变形影响规律研究

为探明CRTSⅡ型板式无砟轨道层间黏结状态与板间接缝状态对轨道板端上拱变形的影响规律,基于有限元方法和内聚力理论建立了可同时考虑层间和板间黏结状态的上拱非线性分析模型,对不同的层间黏结状态与不同的板间接缝状态下轨道板端的上拱变形情况进行了研究.研究结果表明:层间界面强度和断裂能的增加有利于抑制轨道板上拱变形,界面刚度的增加会导致层间损伤的加速产生;层间初始离缝存在于轨道板端部时会加速轨道板上拱变形,但在极端高温荷载下初始离缝范围并不影响轨道板的最终上拱幅度;板中离缝相比于板边离缝对轨道板的上拱变形更为不利;在窄接缝损伤超过60%后,轨道板上拱位移增加速度有明显提升;窄接缝损伤高度对轨道板上拱的影响明显大于损伤长度对其的影响;轨道板端与宽窄接缝的黏结界面离缝后,轨道板上拱位移有所增大.     

京福高铁小半径曲线轨道服役状态监测试验研究

在运营过程中,受高速列车的碾压和冲击,小半径曲线地段已成为高速铁路轨道结构的薄弱环节之一.为保障列车的安全运行,需建立小半径曲线地段轨道结构长期监测系统,实现监测数据的自动采集、传输、存储和关联分析,并对可能发生的破坏进行预测预警.通过对2年监测周期内小半径曲线地段CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构的温度、受力变形等监测数据的综合分析,得出合肥地区夏季轨道板板中的月最高温度是月最高气温值增加11℃,冬季轨道板板中的月最高温度是月最高气温值减少3℃;全年路基摩擦板地段钢轨与轨道板的纵向相对位移在1mm以内,大端刺附近钢轨与轨道板的纵向相对位移最大值为2.9mm;从简支梁到端刺,钢轨受到的压应力逐渐减小,冬季端刺区钢轨出现了拉应力,最大拉应力为32MPa.     

双向温梯荷载下简支梁桥上CRTS Ⅱ型板受力变形

为研究温度梯度荷载作用下多跨简支梁桥上CRTS Ⅱ型板受力变形问题,基于有限元法建立了多跨简支梁桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道无缝线路(Continuous Welded Rail,CWR)空间精细化有限元模型,分析了竖向、横向温度梯度荷载作用下轨道、桥梁结构纵向受力与变形特性.研究结果表明:竖向温梯荷载作用下,钢轨在桥梁两端的主端刺位置伸缩力与位移达到最大值;轨道板出现翘曲应力,其上下表面应力差随温度梯度增大而增大,轨道板竖向温度梯度为90℃/m时,上下表面应力差最大值较50℃/m时增加了44％.双向温梯荷载作用下,向阳侧桥梁纵向位移明显高于背阴侧,钢轨伸缩力略高于背阴侧;随着横向温度梯度的增大,阴阳两侧结构纵向位移差、相对位移差和应力差均呈现逐渐增大趋势.在高温差地区需重点关注轨道板因上下表面应力差引起的翘曲变形问题.研究成果可为桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道无缝线路的设计、施工和维护提供理论依据.     

预制板式无砟轨道界面脱层失效的数值模拟

将温度荷载简化为轨道板内的剪切荷载,分析了无砟轨道结构的层间界面破坏形式与粘结机理;基于黏聚力本构模型与水泥乳化沥青砂浆界面粘结力实验结果,建立预制板式无砟轨道结构界面有限元模型,研究剪切荷载作用下无砟轨道界面应力、界面粘结承载力、界面相对位移以及界面裂缝的演化规律.结果表明:界面剪应力与正应力纵向分布不均匀,在轨道板端部最大,且界面正应力使轨道板在端部竖向受拉;剪切荷载作用下,界面剪应力超过最大粘结强度,造成界面逐段破坏,界面最大粘结承载力为264.8 k N;轨道板相对于砂浆充填层的纵向位移随剪切荷载的增大而持续增大,最终界面出现纵向裂缝,而其竖向张开位移在界面纵向裂缝出现后反而逐渐闭合,界面发生剪切破坏导致无砟轨道结构脱层失效.     

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.     

夏季极端日温作用下无砟轨道板端上拱变形演化

为研究日极端高温作用下无砟轨道板端上拱变形演化过程,以路基上CRTSII型板式无砟轨道为例建立计算模型,应用有限单元法,采用顺序热力耦合研究夏季极端日温作用下CRTSII型板式无砟轨道板端上拱变形演化过程,并分析纵连钢筋对板端上拱的影响.研究结果表明:在夏季极端高温天气下,轨道板最大正温梯可达100℃/m,最大负温梯可...     

高铁大跨度连续梁桥上无砟轨道断板受力研究

为探明高速铁路大跨度连续梁桥上CRTSII型板式无砟轨道断板工况下受力特性,基于梁轨相互作用原理,采用有限元软件MIDAS建立了钢轨-轨道板-底座板-梁体-桥墩空间一体化纵向力计算模型,选取跨径(60.75+3×100+60.75)m的沪昆客运专线长玉段涟水大跨连续梁桥工程实例,研究计算了断板工况下桥上各层轨道结构相对位移,以及纵向附加力的分布和传递规律.结果表明:连续梁右端处,轨道板和底座板最有可能断裂;断缝处钢轨附加拉应力最大,其值足以引起断轨;断缝处钢轨-轨道板相对位移较大,钢轨扣件将会进入塑性状态而被拉断;断缝处及连续梁固结机构处轨道板-底座板相对位移较大,位移量足以导致CA砂浆层与轨道板结合失效;断缝两侧固结机构处剪力钢筋承受附加力较大,剪力筋会被剪断;轨道结构超过70%的纵向反力由左右两侧端刺承担.     

路基冻胀地区CRTSⅠ型板式无砟轨道结构变形与离缝特征分析

为揭示严寒地区高速铁路路基冻胀变形对无砟轨道平顺性的影响,建立CRTS Ⅰ型板式无砟轨道-路基空间耦合有限元模型,分析了不同路基冻胀条件下轨道结构的变形特征,探讨了层间离缝的发展演变过程,以及层间粘结强度和底座板刚度对离缝发展的影响规律.结果表明:路基冻胀位置对轨道结构变形影响较大,冻胀变形基本能反映到轨面,当冻胀作用在轨道板中间位置时,底座板与基床表层之间的离缝值最大;最大离缝值随冻胀量增加呈线性增长,随冻胀波长的增大而减小;离缝在轨道结构横向位置是从中间向两边逐渐扩展的;随着底座板与基床表层之间粘结强度的增大,层间离缝值和离缝长度逐渐减小;离缝值随着底座板刚度的减小而减小,当底座板刚度减小为原来的60%时,离缝值减小了近20%.     

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。     

纵连板式无砟轨道锚固体系受力变形特性研究

基于桥上纵连板式无砟轨道台后锚固体系的计算模型,通过模拟桥梁与底座板、轨道板与底座板,以及底座板与台后锚固体系之间的相互作用,对台后锚固体系的受力变形情况进行分析研究,为锚固体系的设计及进一步的结构优化提供重要的理论依据。     

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%.     

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。     

循环荷载下无砟轨道-桥梁结构体系刚度退化性能

为了预测高速铁路无砟轨道-梁桥结构体系的长期性能演化规律,在充分考虑轨道层间黏结性能的基础上,建立CRTSⅡ型无砟轨道-简支梁桥结构空间有限元模型。基于材料疲劳力学性能的研究,通过1次静力加载,确定材料刚度退化曲线并构造不同服役期时荷载循环加载N次后的等效静力模型,分析结构在列车荷载、温度作用或它们共同作用下的工作性能。研究结果表明:在正温度作用下,结构体系整体在纵向以受压为主;在负温度下,结构体系整体上在纵向以受拉为主;在单线列车荷载下,轨道各层纵向在梁端处受拉、跨中处受压;轨道各层应力随结构服役时间增加不断减小,各层纵向与竖向位移则不断增大;结构各层的应力与位移随结构服役时间的变化规律与材料疲劳性能的3阶段变化规律较相似;结构体系在温度与单线列车荷载共同作用下,有载侧与无载侧的力学反应稍有不同,单线列车荷载的存在仅影响结构服役初期不同侧的响应值,对结构的力学性能随服役时间变化的规律影响不大。     

体外预应力锚固横梁拉应力域法配筋

针对体外预应力混凝土桥端锚固横梁内侧承受较大拉应力且传统配筋方法有所欠缺的现状,提出一种新方法——"拉应力域法"配筋:对于承受主拉、压应力,存在有规律的二维"拉应力域"实体结构,可连续划分二维"拉应力域切片",通过对各切片网格配筋的方式以承担混凝土拉应力的正交分量,并以"拉应力域深度"控制网格的纵向布置区域.以某体外预应力端锚固横梁为例,建立有限元模型,并考虑锚固端横、竖向预应力的影响.应用拉应力域法配筋的分析结果表明,锚固端横、竖向预应力对于配筋量有较大影响,原设计竖向钢筋过多,横向钢筋分布不尽合理,而拉应力域法可根据实际应力分布来配筋,结果更准确.     

活动断裂带条件下列车-聚氨酯固化道床轨道系统竖向振动分析

为探讨活动断裂带条件下聚氨酯固化道床的动力特性及环境适应性,明确系统动力响应与断裂位移的对应关系,针对断裂地带工程地质特征,基于有限单元法建立列车-聚氨酯固化道床系统竖向振动分析模型.研究结果表明:断裂所致的基础错动将直接映射到轨面,形成明显的轨道不平顺,断裂处及端部上拱位置形成明显离缝甚至脱空;系统振动响应随断裂位移...     

组合板剪切粘结机理及承载能力试验

压型钢板与混凝土界面的纵向剪切粘结破坏是组合板最为常见的破坏方式.端部锚固明显改善了组合板的纵向剪切粘结承载特性.当前的计算方法,如m-k法和部分连接法对此考虑并不充分.进行了13块足尺组合板的承载力试验,通过组合板的挠度、端部滑移和截面应变分布等试验结果,揭示了组合板剪切粘结破坏机理,分析了端部栓钉锚固、跨度、板厚和剪跨长度对组合板剪切粘结承载力的影响.根据组合板截面的内力及变形几何关系,得到了压型钢板与混凝土界面纵向剪力与竖向剪力的关系.对m-k法和部分连接法进行了分析比较,根据组合板界面剪切粘结极限状态,对部分连接法方法进行了改进,其计算结果与试验结果吻合较好.     

CRTSⅡ型水泥乳化沥青砂浆施工质量控制

本文以京沪高速铁路和京津城际客运专线工程施工实践为基础,阐述了水泥乳化沥青砂浆层施工质量控制要点,对施工中常见病害进行了描述与原因分析,最后基于弹性地基梁理论与有限元方法,研究了砂浆层离缝对轨道结构受力和变形的影响。结果表明轨道板与水泥乳化沥青砂浆层之间的离缝将加剧轨道结构的变形,为了保证高速列车行车品质与轨道结构的耐久性,必须严格控制水泥乳化沥青砂浆的施工质量,防止灌浆时砂浆离缝的出现,并及时进行施工工艺调整与养护维修。     

滑动层摩擦因数对斜向预应力水泥路面板的影响

滑动层摩擦因数对斜向预应力水泥路面板结构受力及变形的影响较大,设置满足路面结构受力及变形要求的滑动层,是决定斜向预应力水泥路面铺设成功与否的关键因素之一,建立斜向预应力路面结构1/4有限元模型,基于此模型分析了斜向预应力水泥路面板在车轮荷载和温度梯度荷载作用下,滑动层摩擦因数对其路面结构受力与变形的影响;运用解析计算法,研究了滑动层摩擦因数对路面板内温度伸缩应力的影响,以及温度应力作用下滑动层摩擦因数对路面板伸缩量的影响;并进行了斜向预应力路面板屈曲验算。研究结果表明:车轮荷载作用下,斜向预应力路面滑动层摩擦因数对路面板内应力及变形影响较小,可忽略不计;温度梯度荷载作用下,斜向预应力路面滑动层摩擦因数在0.3~1.2范围内变化时,路面板内最大主应力均小于水泥混凝土抗弯拉强度5 MPa,不会引起斜向预应力路面板开裂;温度荷载作用下,滑动层摩擦因数小于1.04时,路面板内伸缩应力不会引起路面板开裂,且滑动层铺设初期摩擦因数越小越有利于减小路面板内温度应力值;增大滑动层后期摩擦因数,有利于减小斜向预应力路面板端伸缩量,但不应大于1.04;斜向预应力路面板最不利屈曲临界温度为48.166℃,在通常外界环境温度下,斜向预应力水泥路面板不会发生屈曲失稳破坏。     

短轨枕式整体道床高架结构变形控制指标分析

为分析短轨枕式整体承轨台轨道结构桥墩位移与轨面变形的映射关系,揭示自重作用下桥墩顶在竖向、横向以及纵向3个方向位移工况下钢轨、轨道板变形及内力分布规律,以上海市轨道交通11号线花桥段为例,通过建立桥墩-梁-轨道耦合模型,并引入线路轨道静态几何尺寸容许偏差管理值,得到城市轨道交通高架结构的变形控制指标.研究表明,桥墩横向...