高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道快速升降温模型试验研究

为深入系统研究高速铁路桥上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道温度场分布规律,制作无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁1/4缩尺试验模型,通过开展快速升降温试验,分析CRTSⅡ型无砟轨道二维温度场分布规律,提出轨道系统横、竖向温度三维分布形式。研究结果表明:高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道竖向温度及温差分布呈三段式阶梯形;横向温度分布呈抛物线形;CA砂浆层是影响轨道系统横、竖向温度场分布的最主要因素;轨道系统竖向负温差主要产生于轨道板;轨道板与CA砂浆层间竖向温度梯度最为显著,最高达4.5℃/cm;横向最大负温差为-4.4℃,最大正温差为5.5℃,分别产生于底座板上部和中部;轨道系统横、竖向温度三维分布呈三段式阶梯形曲面。研究结果可为高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道温度效应设计和研究提供参考。     

严寒地区CRTSⅠ型板式无砟轨道温度场分析

为研究严寒地区夏季、冬季极端天气条件下,CRTSⅠ型板式无砟轨道温度场分布问题,应用Abaqus有限元软件,基于气象数据和热传导理论,建立CRTSⅠ型板式无砟轨道三维瞬态温度场计算模型,分析板式无砟轨道横、竖向温度场分布情况。得到以下结论:(1)CRTSⅠ型板式无砟轨道瞬时温度场呈对称分布,轨道板内部温度场变化情况滞后于大气温度变化,其变化规律与大气温度变化规律相似,按正弦变化;(2)CA砂浆的热阻隔作用,使得无砟轨道温度场在轨道板与CA砂浆接触面发生温度跳跃现象;(3)无论冬季还是夏季,轨道板最大正温度梯度均出现在下午13:00时,且夏季轨道板最大正温度梯度比冬季大,夏季最大正温度梯度为73.2℃/m,冬季最大正温度梯度30℃/m;(4)CRTSⅠ型板式无砟轨道竖向温度呈非线性分布,且随着深度增加温度变化减小。     

桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构的温度荷载特征试验研究

在我国华东地区一桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道线路上建立温度场自动监测系统,对环境温度、轨道板温度(横向及竖向)、底座板温度(横向及竖向)等进行测试。对实测数据进行统计,分析对混凝土结构使用性能有显著影响的因素,获得环境温度与板温间的关系、无砟轨道结构竖向和横向温度场(整体温度和温度梯度)特征。基于测试分析结果讨论了现有规范中CRTSⅡ型板式无砟轨道温度荷载取值的合理性及轨道板温度荷载取值原则,为完善我国高速铁路无砟轨道技术体系提供支撑。     

实测温度下大跨度桥上纵连无砟轨道受力研究

研究目的:既有桥上纵连板式无砟轨道研究多考虑桥梁整体温度变化而忽略温度梯度的影响,为探明高速铁路大跨度桥上纵连板式无砟轨道系统受力规律,本文基于长期实测温度场数据,利用统计方法获得结构具有概率保证的非线性温度模式,建立考虑钢轨-轨道板-底座板-梁体-桥墩的空间一体化有限元模型,选取沪昆客运专线某大跨连续梁桥工程实例,计算分析实测非线性温度模式下桥上各层轨道结构相对位移以及钢轨纵向附加力的分布规律。研究结论:(1)只考虑轨道板及底座板实测温度模式时,钢轨附加应力基本为0;(2)桥梁温度梯度会引起梁缝处钢轨附加应力的急剧增大,在研究桥上纵连板式无砟轨道时需考虑桥梁温度梯度的影响;(3)大跨度连续梁桥固结机构处水泥沥青砂浆变形会超过其实测极限变形位移,建议在连续梁固结机构上方同样设置剪力钢筋;(4)无砟轨道断板会导致钢轨附加应力急剧增大,因此应严格限制纵连板式无砟轨道断裂的发生,若需更换轨道板及底座板时,应在合龙温度范围进行更换;(5)本研究结果可为大跨度桥上纵连板式无砟轨道的设计与改进提供参考。     

组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道疲劳特性

基于列车—轨道—桥梁耦合动力学理论、无砟轨道与桥梁间纵向相互作用理论及无砟轨道温度场和温度效应理论,建立考虑服役期间无砟轨道钢筋与混凝土的相互作用、无砟轨道混凝土的开裂与闭合效应、无砟轨道荷载时变特性共同作用的桥上纵连板式无砟轨道疲劳寿命预测方法。以高速铁路32m多跨简支箱梁桥上无砟轨道为例,运用该方法研究组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道的疲劳特性。结果表明:为了较准确地预测服役期间桥上纵连板式无砟轨道的疲劳特性,必须同时考虑列车荷载、温度荷载及温度梯度荷载的共同作用;桥上纵连板式无砟轨道的疲劳寿命由梁端处的轨道控制,梁端处轨道板底面混凝土和底座板顶面混凝土更易发生疲劳破坏;气候环境和无砟轨道裂缝间距对桥上纵连板式无砟轨道各部件的疲劳特性有很大影响,武汉地区无砟轨道的轨道板混凝土、底座板钢筋、底座板混凝土的疲劳寿命分别是哈尔滨地区的2.5,3.9和222.6倍,当裂缝间距由2倍扣件间距变为1倍时,无砟轨道钢筋的疲劳寿命增加10倍以上。     

CRTSⅢ型无砟轨道冬季温度场特性

为研究CRTSⅢ型无砟轨道温度场分布规律,在昌赣客运专线外进行足尺无砟轨道板温度场监测,基于统计学原理分析冬季轨道结构温度变化规律并提出适合CRTSⅢ型无砟轨道的竖向温度梯度预估模型.研究结果表明:CRTSⅢ型无砟轨道结构温度场受外界环境影响较大,其中轨道板顶面温度变化最为明显,沿深度方向各结构层温度峰值有明显的滞后现象;竖向温度梯度大于横向温度梯度,对结构温度影响起主导作用;日太阳辐射总量和最大温度梯度具有较好的相关性,据此建立了冬季日最大温度梯度经验回归公式,可为不同气候条件下的CRTSⅢ型无砟轨道的温度梯度研究提供参考.     

桥上CRTSⅡ型板式轨道结构竖向温度场预估模型

将桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构视为多层层状体系,基于传热学基本原理,考虑模型边界条件,建立轨道结构温度场分析模型,以日照时长、日辐射总量、日平均气温和日温差为自变量,回归分析提出轨道结构竖向温度分布预估模型,研究桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的竖向温度场分布。研究结果表明:利用理论模型计算得到的轨道结构温度场分布与实测结果对比具有较好一致性;将各环境因素视为独立变量,轨道结构表面温度最值、轨道板温差随日照时长、日辐射总量、日平均气温、日温差成线性变化,轨道结构内部温度在当表面温度取最值时随深度成3次曲线线形变化;根据预估模型所得的轨道板表面温度最值、轨道板温差、轨道结构竖向温度预估值与实测值、理论值误差小于2%;利用温度场预估模型可根据气象数据快速计算得到轨道结构竖向温度分布,可为精确计算轨道结构温度效应提供参考。     

CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究

基于列车—轨道耦合动力学理论,考虑无砟轨道各部件间及无砟轨道与路基间接触状态非线性,建立列车—板式无砟轨道—路基三维非线性有限元耦合动力学模型,进行自重荷载、轨道中长波随机不平顺、轨道短波随机不平顺、路基不均匀沉降荷载、无砟轨道板温度梯度荷载共同作用下,高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基不均匀沉降限值研究。结果表明:无砟轨道板温度梯度荷载对无砟轨道各部件受力均有较明显的影响,因此在进行无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究时有必要同时考虑无砟轨道板温度梯度荷载的影响;路基上CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路的路基不均匀沉降限值由底座板疲劳破坏控制,路基不均匀沉降幅值达到7mm时无砟轨道底座板的最大拉力达到疲劳破坏限值1.674MPa,因此建议高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基的不均匀沉降限值为7mm/20m。     

合福高铁CRTS Ⅱ型板式无砟轨道温度监测

CRTSⅡ型板式无砟轨道结构是由钢筋混凝土组成的多层叠加连续结构,轨道结构温度变化受气温影响较大。在合肥地区小半径曲线地段的CRTSⅡ型板式无砟轨道结构长期实时监测的基础上,对温度数据进行了统计分析,研究表明:(1)CRTSⅡ型板式无砟轨道结构中钢轨、轨道板和底座板温度的变化趋势与气温的变化趋势相同,且呈现以日为周期的不等幅值的周期性变化;(2)轨温最大值比气温高19℃左右,轨温最小值与气温近似。这与《铁路无缝线路设计规范》(TB 10015-2012)中结论接近;(3)自上到下各层轨道结构的温度变化存在相位滞后现象;(4)根据无砟轨道结构温度变化的特点,采用正弦函数拟合出高温天气下钢轨、轨道板、底座板的温度时程方程和曲线,拟合精度较高,结果较为可靠。     

CRTSⅡ型板式轨道假缝开裂对轨道受力的影响分析

为分析CRTSⅡ型板式无砟轨道假缝开裂对轨道受力性能的影响,以桥上Ⅱ型板式无砟轨道为例建立模型,应用有限元法,计算分析不同数量和不同深度的假缝裂缝在不同荷载作用下对Ⅱ型板式轨道受力性能的影响。结果表明,对比列车荷载和温度梯度的影响,正温度梯度作用下,假缝开裂对轨道结构的受力影响最大,裂缝深度小于200 mm时,裂缝处混凝土会发生局部受压破坏;裂缝深度达到200 mm时,开裂会导致底座板和砂浆层的连带破坏;随着开裂数量的增加,砂浆层和底座板的应力峰值减小。不同荷载作用下,假缝开裂都会导致裂缝处纵连钢筋应力的突变,但不会导致纵连钢筋的屈服破坏。     

轨排框架法在重载铁路施工中的适用性研究

轨排框架法施工技术是我国高速铁路双块式无砟轨道施工采用的主要施工技术,具有施工精度高、质量稳定可靠等特点。重载铁路相对高速铁路曲线半径小,对轨排框架长度、刚度均有一定适用性要求。通过理论计算确定在重载铁路最小曲线半径条件下适用的最大轨排框架长度,通过有限元建模分析轨排框架刚度对重载铁路曲线轨道状态的适用性以及确定轨排框架支撑条件对道床结构高度较高的重载铁路无砟轨道的适用性。     

加强曲线养护 提高轨道动态质量

利用轨道检查车检查轨道病害 ,指导线路维修作业 ,评价轨道动态质量 ,是实现轨道科学管理的重要方法。结合轨检车对曲线的评价指标 ,对铁路曲线病害产生的原因进行分析 ,并提出相应对策。     

轨道结构状态分析及其控制

从轨道受力分析出发,研究轨道状态恶化的一般规律, 并将轨道状态恶化的形式归纳分类为轨道几何状态恶化、轨道 结构恶化和轨道材料材质恶化3种形式。在分别对这三种轨 道状态恶化形式作详尽分析的基础上,初步揭示了轨道病害的 机理,以及这3种形式病害之间的关系,最后提出了预防轨道 病害、控制轨道状态的基本方法。     

地面沉降对路基上单元板式无砟轨道平顺性的影响分析

为揭示地面沉降对路基上单元板式无砟轨道平顺性的影响规律,通过建立路基上板式无砟轨道-路基有限元实体模型,充分考虑无砟轨道和路基的特性及其之间的接触方式,改变轨道结构层厚度和粘结方式,以此来进行地面沉降幅值、轨道结构层厚度和结构层间离缝对轨道不平顺的影响的研究。结果表明:地面发生沉降时,无砟轨道会发生跟随性的沉降,从上到下各层沉降值依次增大,且地面沉降幅值越大,轨道不平顺越明显;轨道结构层厚度越大,地面沉降对轨道平顺性的影响越小;轨道结构层间离缝对轨道平顺性有很大影响,尤其是无砟轨道与道床之间出现离缝时。     

铁路曲线上轨道横向抗力的实验与研究

本文通过现代轨道结构下的横向抗力实验 ,对目前国内外广泛使用的横向抗力公式进行了修正 ,获得了我国轨道结构下 α系数及横向抗力的拟合公式 ,并提出了相应的轨道横向抗力计算标准。     

高速铁路轨道工程设计理念探讨与思考

随着高速铁路大规模开通运营,铁路无砟轨道经历了从引进、消化、吸收、再创新到运营检验的阶段。高速铁路敷设无砟轨道其设计理念梳理后,结合目前无砟轨道结构局部出现的一些病害,对于无砟轨道设计方法及参数、无砟轨道结构选型、无砟轨道结构耐久性及维修应该有一个更加深入的认识。     

武汉至黄石城际铁路超高设置研究

针对武汉至黄石城际铁路线路具体设计情况,分析了超高作用机理和计算方法,按照铁道部文件《关于新建客运专线铁路曲线超高设定的指导意见》(铁集成[2009]86号),确定了武汉至黄石城际铁路超高设计原则,按照正确的计算方法,采用均衡速度匹配超高的思路,对武黄城际铁路的曲线超高进行了计算设置。计算结果表明,曲线超高设置合理,过超高、欠超高、超高顺坡率和超高时变率等限制条件均满足要求,保证了内外两股钢轨受力均匀和钢轨磨耗均等,提高了线路铺设无砟轨道高平顺性和安全性,满足了旅客的舒适性。     

高速铁路动车走行线通过信号机设置及显示方案探讨

动车走行线是动车组进、出动车运用所的必经之路,确保动车走行线的通过能力,对于保证高速铁路的正常运营秩序意义重大。以东北某高速铁路动车走行线为例,针对存在的动车走行线通过信号机设置和显示关系的不同见解,通过对相关规范条文的深入分析,结合具体工程应用实例,提出能够更好发挥动车走行线通过能力的通过信号机设置及信号显示方案,并提出了进一步提高动车走行线通过能力途径的建议。     

关于高速铁路扣件间距的探讨

为探讨高速铁路扣件间距的合理取值,从钢轨动弯应力、轨道刚度、钢轨位移及轨道动力学等方面对扣件间距的取值进行计算分析,结果表明,当扣件间距从600 mm扩大到1 200 mm时,对轨道状态及列车运行的舒适性影响较小。同时应用"二次弯沉"和"钢轨挠度增量"的概念对扣件间距取值进行探讨,提出高速铁路的扣件间距一般不宜超过687 mm的取值建议。     

高速铁路轨道技术综述

研究目的:高速铁路的轨道必然比普通线路具有更高的安全性、可靠性和平顺性,为保证轨道结构的这些要求,轨道各部件的力学性能、使用性能和组成为结构的整体性能都比普通轨道部件高得多。本文旨在提供长期以来国内外在高速铁路轨道方面的研究成果与应用经验,以期满足中国高速铁路建设和发展的需要。研究结论:对各国在高速铁路轨道结构、客运专线和高速铁路对轨道结构的要求、钢轨、轨下基础、扣件、道床等方面的技术指标做出分析和评述,并对一些关键技术的发展提出了思路。