高原大风地区双块式无砟轨道伤损现状及主要特征

以兰新高速铁路作为研究对象,总结出高原大风地区双块式无砟轨道伤损类型主要为道床板裂缝、轨枕离缝、道床板上拱、支承层混凝土粉化和聚氨酯嵌缝材料伤损,分析其伤损特点及形成原因。同时,对聚氨酯嵌缝材料离缝和无砟轨道道床板裂缝进行了跟踪观测,结果表明,聚氨酯嵌缝材料离缝病害仍在发展,而桥梁段、路基段和隧道段无砟轨道道床板裂缝病害已趋于稳定。     

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。     

夏季高温下支承层斜裂缝诱发纵连板上拱规律研究

在夏季高温作用下,支承层斜裂贯通缝可能导致结构上拱变形,衍生次生病害。基于内聚力和塑性损伤理论建立CRTSⅡ型板式无砟轨道结构有限元模型并与现场实测结果对比验证模型的有效性,分析夏季高温作用下支承层斜裂缝导致的结构上拱变形、离缝、受力和伤损规律。结果表明,温度荷载作用下,斜裂缝一旦贯通,轨道结构变形急剧增大。随温度升高,支承层相互错动,CA砂浆层与支承层先离缝,随后轨道板与CA砂浆层离缝,轨道结构上拱变形。结构性能随温度演化过程可分为0～20℃的缓慢发展阶段、20～30℃的加速发展阶段和大于30℃的飞速破坏阶段。贯通斜裂缝位于板中,角度30°时,轨道结构变形达到最大值26 mm。建议温度大于30℃时,检修重点关注角度不大于45°的板中斜裂贯通缝。     

轨道交通无砟轨道防排水设计方法

结合无砟轨道防排水设计的研究成果和工程经验,总结了铁路无砟轨道和城市轨道交通整体道床防排水主要的设计方法。铁路无砟轨道排水设计通常采取道床顶面设置横向排水坡、伸缩缝处采用弹性材料封闭、两线间填平处理、钢筋混凝土底座内设横向排水管、钢筋混凝土底座间设横向排水通道等方法;城市轨道交通整体道床防排水设计通常采取道床顶面设置横向排水坡、伸缩缝密封处理、道床上设置排水沟等方法。     

重载列车下弹性支承块式无砟轨道静载试验

研究目的:弹性支承块式无砟轨道是重载铁路长大隧道内较为适宜的轨道结构形式。夺文以中南部通道隧道内弹性支承块式无砟轨道为研究对象,通过开展足尺模型静载试验,研究单个支承块在道床板板端竖向荷载(工况一)、板端横竖向荷载(工况二)、板中竖向荷载(工况三)作用下的受力性能及轨道结构裂缝发展趋势。研究结论:(1)以30 t轴重列车静荷载作为参考,工况一道床板和支承块混凝土分别在3. 3、3. 1倍静轮载时达到轴心抗拉强度,工况二道床板和支承块混凝土分别在3. 0、3. 1倍静轮载时达到轴心抗拉强度,工况三道床板和支承块混凝土分别在4.9、2. 9倍静轮载时达到轴心抗拉强度;(2)工况一道床板裂缝出现于支承块角点位置及支承块长侧边中线位置,并扩展至道床板短侧面,角点处裂缝延伸扩展呈"八"字型,工况三道床板未见明显开裂;(3)列车横向荷载导致支承块角点位置道床板混凝土受力增加;(4)本研究成果对于弹性支承块式无砟轨道的设计、施工及维护具有重要的指导意义。     

大单元双块式无砟轨道温度特性分析

为了解决兰新线大温差环境下轨道结构的受力问题,本文研究了吐鲁番试验段大单元双块式无砟轨道温度特性,建立了相关力学模型,并根据该试验段上19.5 m大单元双块式无砟轨道观测数据,计算了支撑层与基床表层开裂情况下道床板和支撑层的伸缩区、固定区与板端伸缩量,计算了正负温度梯度对单元道床板板端的影响和整体降温时混凝土裂缝的发展规律.研究结果表明,大单元双块式无砟轨道上假缝的设置可有效地引导裂缝发展,降低道床板内的温度应力.因此,在大温差地区采用该种结构既可以保证轨道结构的稳定性,又可以降低温度荷载对轨道结构的影响.     

CRTSⅡ型板式无砟轨道充填层离缝修复技术研究

充填层离缝是CRTSⅡ型板式无砟轨道结构主要的病害形式。在实地调研我国CRTSⅡ型板式无砟轨道充填层离缝病害的基础上,分析了CRTSⅡ型板式无砟轨道结构充填层离缝的主要种类、原因及危害。根据高速铁路无砟轨道结构特点,研究充填层离缝修复材料技术要求。结合现场实践给出了离缝修复工艺,并对离缝修复效果进行跟踪考察。     

高速铁路无砟轨道路基冒浆整治技术

立足于排、堵、注一体化设计理念,提出无砟轨道路基冒浆成套整治技术。首先采用聚合物混凝土在线间封闭层上浇筑排水明沟,然后采用硅酮嵌缝材料替换接缝处失效的嵌缝材料,最后采用灌浆材料注浆填充道床与路基层间的离缝。对于道床与路基层间小于10 mm的离缝,采用低黏度聚氨酯灌浆材料垂直注浆填充;对于道床与路基层间大于10 mm的离缝和空洞,采用聚合物改性水泥基灌浆材料侧向注浆填充。细化了排水强化、防水修复和注浆填充的具体施工工艺,对无砟轨道路基冒浆整治提供了有效指导。     

道砟胶对道床参数的影响研究

为了明确经过道砟胶组织后,道床参数的变化情况,在试验室进行了轨道实尺模型试验,测试了喷道砟胶前后道床纵、横向阻力、支承刚度的变化情况。试验结果表明:如果喷胶量为48 kg/m3,枕底、枕间及砟肩都喷道砟胶时,道床纵向阻力大约提高8.5倍,横向阻力大约提高17.4倍,加载的竖向力为140 kN时支承刚度提高37.6%,并且在卸载5 min内轨枕位移约恢复90%。因此,道砟胶可以应用在小曲线半径无缝线路、无砟轨道向有砟轨道的过渡段上,以提高道床横向阻力、调整道床支承刚度。     

重载铁路隧道内弹性支承块式无砟轨道道床施工关键技术

重载铁路隧道内弹性支承块式无砟轨道的施工是一项新工艺。结合中南部铁路通道全线各施工标段首段无砟轨道工艺性试验评估过程中的经验,对重载铁路隧道内弹性支承块式无砟轨道道床施工关键技术进行探讨。重点从无砟轨道铺设前的铺设条件确认、隧道基底处理要求,弹性支承块储存运输要求及弹性支承块式无砟轨道道床施工等方面进行了梳理和总结,并在全线弹性支承块式无砟轨道道床施工过程中推广应用,取得较好效果。     

组合荷载作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道层间离缝影响分析

在车辆荷载和温度作用下,CRTSⅢ型板式无砟轨道由于自密实混凝土层与底座板间产生离缝,发生应力集中和局部变形,对无砟轨道服役状态和使用寿命造成明显影响。基于ABAQUS有限元模型,计算车辆与温度不同荷载组合下,层间离缝横向和纵向发展对无砟轨道结构受力变形的影响,探究伤损演变规律和维修限值。研究结果表明:层间离缝宽度小于1.5m,轨道结构受力和变形的影响很小;离缝发展至两侧钢轨正下方后,轨道结构变形和应力均增大明显;离缝长度大于1.2m,对轨道板出现受拉裂缝和无离缝端上翘;正温度梯度荷载对轨道板弯折变形和自密实混凝土层纵横拉应力以及负温度梯度荷载对轨道板上翘和纵横拉应力均有叠加放大效应。     

城际铁路弹性支承块式无砟轨道结构优化及检算

为合理控制城际铁路轨道工程投资,针对城际列车轴重轻、编组小的特点,对弹性支承块式无砟轨道进行结构优化设计与检算分析。基于数值分析理论及有限元分析方法,研究隧道内弹性支承块式无砟轨道在设计轮载及现浇混凝土收缩荷载组合下裂缝开展情况,并进行道床板配筋设计及裂缝宽度检算;基于定额测算对比城际铁路与客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道的经济性。结果表明:城际铁路弹性支承块式无砟轨道道床板纵向只需配构造钢筋,按照配筋设计检算得出的道床板横向最大裂缝宽度为0.205 mm,小于裂缝容许值;相比于客货共线铁路,城际铁路弹性支承块可降低投资约10%。     

山西中南部铁路通道隧道内铺设无砟轨道适应性研究

对30 t轴重重载铁路隧道内CRTSⅠ型双块式无砟轨道和弹性支承块式无砟轨道静力学、动力学特性进行了系统对比分析。结果表明:CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构整体性较强,施工工艺简单,经济性较好,但道床板与轨枕新老混凝土结合面易产生裂纹,裂纹控制较困难,施工质量受工具轨、扣件等影响;弹性支承块式无砟轨道对于大轴重的适应性好,可修复性好,对隧道口温度梯度的适应性好,橡胶套靴能够有效地保护轨枕和道床,减振效果好。推荐重载铁路隧道内采用弹性支承块式无砟轨道结构。     

单元双块式无砟轨道支承层假缝设置优化

单元双块式无砟轨道支承层假缝与道床板伸缩缝对齐设置能够有效引导支承层裂缝发展,但伸缩缝位置轨道结构竖向抗弯刚度较小,列车通过时基床应力应变幅值较大,且在多雨潮湿环境中,雨水等杂物易侵入下部基础,破坏结构稳定.针对支承层假缝与道床板伸缩缝对齐设置存在的缺点和不足,对支承层假缝设计进行优化:伸缩缝位置支承层上表层铺设一定长度的土工布,土工布中心线与伸缩缝中心线重合,土工布两侧支承层分别切割深度为支承层厚度1/3的假缝.土工布的铺设使得板端形成一定长度的分层隔离区,通过对不同长度隔离区设计方案在温度、温度梯度或列车荷载等作用下的响应分析,并结合现场施工经验,发现隔离区长度在800～1 000 mm或1400～1 600mm时结构性能良好.综合考虑,土工布铺设长度选为1 720 mm.     

CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层伤损修复研究

CRTSⅡ型板式无砟轨道通过30 mm 厚的砂浆充填层实现轨道板的均匀支承及与底座板(支承层)的连接,因此砂浆层应满足强度和弹性双重要求.通过对高速铁路 CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层伤损调研,将砂浆层伤损分为离缝、裂缝、缺损掉块及泛浆四种类型,在对不同类型伤损进行原因分析的基础上,提出伤损判定标准和检查方法,并给出砂浆层不同伤损的修复方法和注意事项,为砂浆层养护维修技术提供支撑,保证线路安全运营.     

客运专线大跨连续梁梁端无砟轨道最大钢轨支承间距允许值研究

客运专线铁路桥梁所占比例较高,长联大跨桥梁应用较多。由梁体的温度伸缩和混凝土收缩、徐变及列车制动、启动等原因引起的梁缝变化量较大,导致梁端钢轨支承间距过大。我国尚没有对客运专线梁端处最大允许钢轨支承间距做出明确规定。本文建立了梁缝处无砟轨道钢轨支承的理论分析模型和车辆—轨道耦合动力学计算模型,通过客运专线轨道的各项静态、动态指标计算得到适应我国客运专线实际情况的无砟轨道最大钢轨支承间距允许值,并将静态计算结果与动力学仿真结果进行对比。研究结果表明,客运专线梁缝处钢轨支承间距不宜750 mm。     

路基段CRTSⅠ型双块式无砟轨道混凝土裂缝成因分析与防治

CRTSⅠ型双块式无砟轨道具有工程造价相对较低、施工工艺简单等优点,在高速铁路建设中得到广泛应用,但已施工的路基段CRTSⅠ型双块式无砟轨道混凝土均不同程度地出现裂缝。本文从混凝土材料特性、外荷载、轨道结构设计、混凝土施工及管理等方面研究路基段CRTSⅠ型双块式无砟轨道混凝土裂缝成因,分析了超标裂缝(0.2 mm)对轨道结构的危害,并提出优化混凝土配合比、优化结构设计、加强施工管理等措施,防止或减少道床混凝土裂缝。     

高速铁路无砟道床伤损判定关键指标优化北大核心

结合TG/GW 115—2012《高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)》和工程实践经验,对无砟道床伤损等级判定指标进行了优化。建议《高速铁路线路维修规则》(报批稿)中高速铁路无砟道床伤损分类沿用现行维修规则中的分类方法,并增加CRTSⅢ型板式无砟道床伤损形式。无砟道床伤损等级划分由三级调整为两级,对Ⅰ级伤损应做好观测、记录、分析,对Ⅱ级伤损列入维修计划并适时修补;将CRTSⅠ型板式无砟道床砂浆层离缝判定指标中的对角线长度替换为离缝长度,并给出了其等级判定标准;将CRTSⅡ型板式无砟道床砂浆层伤损等级判定指标中的“离缝深度、离缝对角线长度”修改为“离缝面积比”,并给出了其等级判定标准;将无砟道床伸缩缝嵌缝材料的离缝、开裂、缺损统一判定为失效。     

基于多物理场耦合的双块式无砟轨道早期混凝土时变行为研究

针对无砟轨道道床混凝土早期开裂问题，基于多物理场耦合理论，提出一种适用于浇筑早期的双块式无砟轨道水化-热-湿-力耦合计算模型，利用既有试验验证模型合理性，获取无砟轨道道床早期各物理场的时空分布规律，进行开裂风险预测。结果表明，与试验结果对比，本文模型对早期混凝土各物理场的模拟较为合理，尤其对表面干燥下的湿度场、复杂应力场的计算具有较强的适用性；道床水化速率先迅速增大后逐渐减，至第7 d基本停滞，最大水化速率出现在浇筑后约7 h,不同深度的水化度发展一致；受水化热影响，浇筑后24 h道床温度呈升高趋势，后受环境影响程度增大，随环境温度呈日周期变化；道床相对湿度及含水量呈垂向梯度分布，支承层对道床底部的干燥作用较为明显，水化耗水是导致道床内含水量降低的主要因素；道床早期应力及开裂风险呈周期性变化，最大开裂风险达到1.0,位于轨枕与道床的结合面处，并预测了道床早期开裂的3种主要形式。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的疲劳力学性能分析

研究目的:目前无砟轨道结构在高速铁路中应用广泛,但对其疲劳问题的研究却并不多见。为了探究路基上CRTSⅡ型无砟轨道结构体系在恒载、温度和列车往复荷载作用下的疲劳力学性能,本文基于等效静力法实现了CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的疲劳力学性能及损伤发展的三维仿真分析,揭示出CRTSⅡ型板式无砟轨道结构体系在运营过程中的经时性能演变规律。研究结论:(1)冬季轨道板大部分区域处于受拉状态,假缝处可能发生开裂损伤;夏季轨道板基本处于受压状态,仅板底假缝附近局部受拉;(2)轨道板、CA砂浆、支承层最大应力随着时间增加而减小,竖向位移差随着时间增加而增大,但都在约20年后趋于稳定;(3)轨道板除假缝(拼缝)位置外基本无严重疲劳损伤,且各条假缝(拼缝)的开裂损伤发展会在5年内趋于稳定,最终各断面的开裂面积比大约稳定在0.7左右;(4)本文可为路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构体系的设计、维护和维修提供一定的理论依据。