基于CRTSⅠ型板式无砟轨道温度变形的桥隧过渡段车线动力性能分析

以CRTSⅠ型板式无砟轨道桥隧过渡段为研究对象,对桥梁、板式无砟轨道施加节点温度荷载进行温度场模拟,分析其在整体温度升降和温度梯度共同作用下的温度变形。分别选取我国2条典型高速铁路实测轨道不平顺为随机不平顺,桥梁和轨道板因温度变形而产生的钢轨竖向变形作为附加轨道不平顺,评价列车以不同速度经过桥隧过渡段的车线动力性能。研究表明:当考虑桥梁活动支座存在一定程度的摩擦时,在正温差作用下,桥梁会发生上拱,轨道板会发生板中翘曲;负温差作用下,桥梁会发生下挠,而轨道板会发生四角上翘;在翘曲变形路段,列车动力学指标都有所增大,且随着车速的提高而增大,导致行车安全性和乘坐舒适性相应降低。     

温度荷载对连续梁桥上无砟轨道变形特性影响分析

为研究均匀温度荷载与不均匀温度荷载对连续梁桥上无砟轨道无缝线路纵向力和线路几何形位的影响,基于梁轨作用原理和有限元法,建立连续梁桥上C RT SⅢ型板式无砟轨道空间耦合模型,分析在桥梁整体升温与不均匀温度荷载作用下无缝线路的变形,并对比2种温度荷载对无缝线路几何形位的影响.研究结果表明:整体升温与不均匀温度荷载作用下无缝线路受力与变形结果差异明显,两者间的钢轨横垂向位移的差异随阴阳面温差荷载增大而增大,主要影响轨道高低不平顺与水平偏差;连续梁上的钢轨水平偏差,轨距偏差和轨向偏差比线路两端简支梁要大,连续梁部分的高低偏差比简支梁要小;当桥梁阴阳面温差荷载最大时,连续梁两端出现高低偏差最大负值,最大值为?3.475 mm,大于其限值±2 mm,当连续梁跨度超过135 m时桥梁变形限值超出设计规范规定变形限值;在高速铁路桥上无缝线路设计时,应考虑桥梁不均匀温度荷载作用对轨道几何形位的影响,特别注意其对高低不平顺的影响.     

环境因素引发的CRTSⅢ型无砟轨道板温度场和竖向变形特征分析

针对轨道交通CRTSⅢ无砟轨道板在环境因素作用下产生的翘曲变形,在实际运营线路上采用传感器对其温度和竖向变形进行现场测试,分析在不同的环境条件下轨道板的变形规律以及轨道板变形后对列车运行的平稳性和舒适性的影响.研究发现:板内温度梯度是CRTSⅢ型轨道板产生翘曲变形的主要影响因素,在夏季晴天,轨道板在太阳辐射和环境温度共同作用下,白天时轨道板变形呈现上凸变形,夜晚时轨道板变形呈现下凹变形,且上凸变形幅度大于下凹变形;阴雨天气由于太阳辐射程度减小,轨道板变形相对较小;在不同的环境条件下的轨道板变形中,轨道板边缘处的竖向变形要大于其他部位;轨道板变形会对钢轨的不平顺产生影响,但其变形量对列车的平稳性和舒适度影响不大,且在极端工况下,列车的平稳性指标和舒适性指标均为优.     

单元板式无砟轨道结构轨道板温度翘曲变形研究

根据单元板式无砟轨道不同施工工艺和结构受力特点,采用弹性点支承梁模拟钢轨,用实体单元模拟无砟轨道各结构层;砂浆填充层采用灌注袋法施工时,轨道板和砂浆填充层之间按接触单元处理;砂浆填充层采用模筑法施工时,轨道板和砂浆填充层之间按黏结方法处理;建立相应有限元模型,进行轨道板温度翘曲变形研究。结果表明:砂浆填充层采用灌注砂浆袋法施工时,轨道板在温度梯度荷载作用下产生的翘曲变形大于模筑法施工;采用模筑法施工砂浆填充层时,轨道板的翘曲变形随上下表面温差幅值的变化呈线性关系;而采用灌注砂浆袋法施工砂浆填充层时,轨道板的翘曲变形随上下表面温差幅值的变化呈非线性关系,温差越大,轨道板翘曲变形的变化幅度越大。有限元模型计算的结果与环形铁道轨道板的翘曲变形实测结果基本吻合,验证了模型的合理性和可靠性。     

温度荷载对桥上无缝线路平顺性的影响分析

基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立桥上无砟轨道无缝线路模型,桥梁温度荷载分别取均匀温度荷载、沿梁高的温度梯度荷载以及沿梁高和梁宽双向温度梯度荷载3种工况,计算分析桥梁在不同温度荷载作用下桥上无缝线路的平顺性。计算结果表明:桥梁受沿梁高温度梯度荷载作用时对钢轨竖向位移的影响最大,线路的短波、中波高低不平顺均超过规范限值,长波高低不平顺未超限;桥梁在沿梁高和梁宽双向温度梯度荷载作用下,线路的中波高低不平顺稍稍超限,短波高低不平顺接近规范限值,长波高低不平顺有较大余量;桥梁在均匀温度荷载作用下,线路的高低不平顺均远小于限值。     

温度应力作用下无砟轨道板的竖向变形特征分析

为研究轨道板在温度作用下的变形和竖向温度场的变化规律,对轨道板板角、板中等多点位的竖向位移及温度进行了长期的统计分析。结果表明:轨道板在环境温度影响下整体翘曲位移变化呈现规律性,一天中在午间高温时所产生的中部上拱变形量大于晚间的凹形翘曲变形量,且边缘处的竖向变形最为明显;板面下20 mm深处和180 mm深处的温度变化存在3 h的相位差值;夏季时板面温度与环境温度呈非线性关联,而冬季时环境温度和板面温度呈现为线性关联;板的向下位移量大于板的向上位移量。     

桥梁地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构受力分析

分析桥梁地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构计算参数,列车荷载作用下、温度荷载作用下和桥梁挠曲变形对轨道结构受力的影响;道床板和底座板的荷载组合,作为轨道结构配筋设计的依据;提出底座板厚度增加导致列车荷载作用下其弯矩值增大;道床板厚度增加,其翘曲应力(或温度梯度弯矩值)增大;底座板厚度增加,桥梁挠曲变形引起的弯矩值增加等结论。     

基于不平顺的CRTS Ⅱ型轨道板状态评价方法研究

研究目的:CRTSⅡ型轨道板在夏季高温天气易产生上拱变形,引起轨道板和砂浆层离缝及板间接缝伤损等病害,导致板长波段的轨道不平顺恶化,严重影响行车的舒适性和安全性。由于固定监测缺乏普适性,且成本较高,因此基于动态轨道不平顺检测数据间接监控轨道板状态具有一定的优势,本文研究提出细化轨道不平顺波长进行状态评估的方法,可有效地识别出存在轨道板变形伤损区段,较原有的评价方法在效率和准确性方面均有很大提高。研究结论:(1)由轨道不平顺时序波形、历史演变和频谱方法分析表明,轨道板拱起影响波长在5～6.5 m之间,部分高低峰值呈逐年增加趋势,说明部分结构状态逐年恶化;(2)通过有限元建模分析,运用相关系数和曲线拟合等方法,研究高低峰值和气温的关联关系,结果表明轨面高低峰值随温度的变化特性可以反映轨道板变形受温度影响的变化特性:轨道板变形与温度具有较强的相关性,呈现非线性增加特性;(3)设计滤波器提取轨道不平顺中的轨道板波长特征,进行合理分段处理,定义为轨道板状态指数,并根据统计特征得到评价阈值范围在0.5时,经地面复核测试可以识别出约为70%的病害位置;(4)本研究成果可为高速铁路轨道板结构状态评价和运营维护提供技术、理论和实践支撑。     

CA砂浆脱空对框架型轨道板翘曲的影响分析

CA砂浆填充层作为框架型板式轨道关键结构层,长期暴露于自然环境中,受列车荷载冲击、温度循环以及水的侵害等作用,砂浆层与轨道板间易产生脱空,劣化轨道结构受力状态。基于无砟轨道弹性地基梁体模型,分析了正常状态和砂浆层与轨道板间出现脱空时框架型板式轨道在温度梯度荷载作用下的受力情况,并针对板端横向全部脱空和板边纵向全部脱空两种常见脱空形式进行分析。结果表明,较低的砂浆弹性模量可减小轨道板翘曲和缓解列车荷载冲击作用;对于脱空状态,在正温度梯度作用下,轨道板受力和板角翘曲变形受脱空程度影响较大,而对砂浆层受力影响较小;在负温度梯度作用下,轨道板和砂浆层受力状态受脱空程度影响均不明显。     

CA砂浆离缝对桥上CRTS Ⅰ型板式无砟轨道的影响分析

我国高速铁路无砟轨道无缝线路发展迅速,但随着列车的运营,轨道板与CA砂浆层之间常会出现离缝,这将对无砟轨道的长期服役性能产生一定的影响。以高速铁路多跨简支梁上CRTS Ⅰ型板为例进行分析,研究板边、板端、板角、板中4种典型CA砂浆离缝病害对轨道几何形位及对无缝线路受力变形情况的影响。研究结果表明:离缝病害作用下,随着桥轨间温差变大,轨道水平偏差增幅较大,轨道高低偏差最值偏大,并且板端病害对离缝区平顺性影响大。在温度荷载作用下含病害的轨道结构伸缩受力更加明显,尤其体现轨道板、底座板上,其中板边位置的病害受力变形最为明显。在列车荷载作用下在离缝病害区域轨道结构挠曲受力情况变化较大,其中板角及板端病害影响大。根据计算结果建议在无缝线路养护维修时着重检查轨道板及底座板下表面的情况,及要注意检修钢轨正下方病害情况。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道胀板机理及整治措施深化研究

CRTSⅡ型板式无砟轨道在高温季节起拱、胀板,危害运营安全。基于运营及养护维修实践,分析得出温度荷载是轨道板胀板的主要因素,其中整体升温荷载引起结构纵向伸缩变形,温度梯度荷载引起轨道板翘曲变形。另外,轨道板与CA砂浆层间受到水、温度荷载、列车荷载等外部因素作用,导致结构分层,轨道板与底座板不能共同受力,削弱了纵连轨道结构体系的整体抗压刚度、竖向约束和稳定性能,是胀板病害进一步发展恶化的次要因素。为了有效防止CRTSⅡ型板式无砟轨道胀板,在不破坏设计结构的前提下,提出轨道板预先植筋加固处理的整治措施,并在实践中取得了良好的效果。后续可根据胀板机理,进一步开展隔热涂层、CA砂浆改性等方面的研究。     

考虑温度变形的大跨度拱桥行车动力响应分析

研究目的:为研究温度作用下大跨度拱桥轨道静态平顺性,以及轨道温度变形对行车动力响应的影响,以目前世界最大跨度的钢箱提篮拱桥南广高速铁路西江桥为研究对象,基于梁轨相互作用模型计算温度变形下轨道静态高低不平顺校核值,并与轨道静态不平顺验收指标进行对比;将温度作用引起的轨道变形叠加到轨道不平顺样本中,利用自主开发的TRBF-DYNA软件开展高速铁路大跨度拱桥车-桥耦合振动及列车走行性分析。研究结论:(1)温度作用下桥面会发生较大竖向变形,导致钢轨变形300 m弦长高低不平顺指标超过轨道静态验收标准;(2)考虑温度变形后,桥梁动力响应及列车行车安全性指标和乘坐舒适度指标变化幅度不大,且均满足现行规范要求;(3)建议大跨度桥梁轨道变形静态验收时,以竖曲线半径指标替代300 m弦长验收指标,并辅以车桥耦合动力响应分析进行综合判断;(4)本研究成果可为完善大跨度桥上轨道变形验收指标提供参考。     

桥梁横向伸缩对无砟轨道的变形影响研究

研究目的:混凝土桥与路基或钢桥相连时,在桥梁温度变化时,由于梁缝两侧横向伸缩位移的差异会对桥上无砟轨道结构受力及轨向不平顺产生影响。本文通过建立线、板、桥、墩一体化空间耦合模型,分析梁缝附近轨道结构受力及轨向不平顺的影响因素,并确定主要影响因素对应的取值范围,从而为后续桥梁支座、线间距等的设计提供理论指导。研究结论:(1)轨道板温度变化会引起轨距改变,但不会造成轨距超限;(2)CA砂浆层与轨道摩擦阻力在纵向与横向上的分配系数以及桥墩的横向水平刚度对轨向不平顺及凸台受力等影响较小,但钢梁的温度变化幅度及横向固定支座距线路中心线的距离会显著影响凸台受力及轨向不平顺;(3)依据轨向不平顺限值确定了不同桥梁温升幅度及线间距条件下的横向固定支座与活动支座之间的距离限值,为桥梁支座设置提供理论指导;(4)该研究成果可应用于铁路无砟轨道设计中。     

复合轨枕无砟轨道温度适应性分析

为研究温度荷载对复合轨枕无砟轨道影响,分别建立长枕埋入式和双块式复合轨枕无砟轨道有限元模型,分析两种轨道结构在整体降温和温度梯度下的离缝长度和轨距变化量,并给出降温限值。结果表明:在整体降温条件下,两种轨道结构均产生离缝,双块式轨道的轨距变化量随降温幅度变化较小,综合考虑离缝和轨距变化限值影响,长枕埋入式、双块式轨道降温幅度分别不应超过7,11℃;温度梯度下,两种轨道结构均不产生离缝,仅正温度梯度下长枕埋入式轨距变化量超过规范值。从复合轨枕轨道结构对温度适用性考虑,建议在较小温差地区如隧道内铺设双块式轨道,并注意浇筑时混凝土的温度。     

商合杭铁路矮塔斜拉桥无砟轨道适应性研究

研究目的:高速列车运行对无砟轨道的平顺性要求非常严格,而大跨度桥梁在温度荷载作用下引起的主梁竖向变形是引起轨道平顺性发生变化的主要原因。本文以商合杭铁路沙颍河大跨度矮塔斜拉桥为背景,对不同的桥梁结构体系、边跨比、主梁类型、梁高、斜拉索规格及布置、桥塔高度等进行对比分析,研究其对温度变形的影响,从而确定矮塔斜拉桥的无砟轨道适应性。研究结论:(1)矮塔斜拉桥可以满足无砟轨道的平顺性要求,保证高速铁路的行车安全性及舒适性;(2)有效释放梁体收缩徐变及温度变形的桥梁结构体系更加容易满足轨道平顺性要求,应优先选用;(3)斜拉索的温度变化及索梁温差是引起主梁竖向变形的主要因素,确定合适的斜拉索规格、安全系数、索间距,既能充分发挥斜拉索对主梁的贡献,又能减小温度荷载作用下主梁的竖向变形;(4)为减小斜拉索对温度变形的影响,主梁宜采用混凝土结构;(5)本研究成果对今后高速铁路矮塔斜拉桥设计具有一定的指导意义。     

成渝铁路关键桥梁轨道不平顺性分析

以成渝铁路资阳沱江多线特大桥(主跨为(90+180+90)m连续梁拱)为例,对高速铁路无砟轨道大跨度桥梁轨道不平顺性进行分析。对梁体变形、动力学进行理论计算后,对轨面高程在最不利温度荷载组合作用下静态高低不平顺进行检算,得出影响轨道不平顺性的主要因素;并采用光电传感、应力应变检测等技术手段,结合有限元计算对轨道不平顺性进行分析。在静态荷载与动态实测数据对比分析的基础上,提出山区高速铁路桥梁轨道不平顺性的注意问题和解决办法,对我国山区高速铁路建设和安全服役性能具有理论意义和工程价值,对建立健全高速铁路无砟轨道大跨度桥梁设计标准、轨道养护规程具有借鉴意义。     

温度作用下轨道板与CA砂浆离缝对CRTSⅡ型板式轨道的影响分析

轨道板与水泥乳化沥青砂浆离缝是CRTSⅡ型板式无砟轨道的主要伤损形式之一,水泥乳化沥青砂浆具有支承、缓冲、传载等作用,离缝将影响无砟轨道的变形与受力。基于弹性地基梁体理论和有限元方法,建立了路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道有限元模型,分析在温度荷载和自重作用下不同离缝长度以及产生离缝后CA砂浆层参数对轨道结构的影响。结果表明:轨道板的翘曲位移及纵向应力均随着离缝长度增大而增加;当离缝长度超过1.95 m时,轨道板的翘曲变形及纵向应力都急剧增大,建议轨道板与CA砂浆层离缝长度不宜超过1.95 m。     

高速铁路CRTS Ⅲ型板式无砟轨道复合轨道板受力特性研究

复合轨道板为高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道的核心部件。基于现场试验开展了复合轨道板自密实混凝土收缩应力、温度翘曲应力及复合轨道板动应力3方面的试验研究,以进一步了解复杂因素作用下复合轨道板的受力特性。研究表明:板下自密实混凝土龄期达到100 d时,其收缩变形趋势逐渐平缓,由约束引起的板下自密实混凝土收缩拉应力约0.7 MPa;研究提出了正温度梯度作用下复合轨道板温度翘曲应力的实用计算式,以及复合轨道板自密实混凝土纵向动拉应力实用计算式,可推算不同温度梯度及动车组作用下复合轨道板承受温度翘曲应力和动拉应力;综合分析表明,在自密实混凝土收缩、温度梯度、列车荷载等因素作用下,复合轨道板承受的静动态拉应力可达4 MPa,应力幅值较大,受力状态较为复杂。     

千米级大跨度桥上线路动态与静态轨道不平顺的关系

为了明确千米级大跨度桥轨道不平顺状态的分布规律,以某千米级大跨度桥上线路轨道不平顺检测数据为例,分析了动态和静态高低、轨向及轨距不平顺的时域分布特征,并进行了相关性分析,确定了动态和静态波形匹配参数,在此基础上提出了移动窗相关系数的里程匹配算法;给出了基于尺码法的轨道不平顺分形维数计算流程,分析了短波、中波和长波区段的动态和静态轨道不平顺分形维数及其分布规律特征。结果表明：以轨距作为对准参数项,采用滑动相关系数法可以实现动态与静态不平顺数据的有效对准;高低不平顺的分形维数可以作为诊断线路道砟服役状态的有效工具;大跨度桥的轨向及高低不平顺长波成分稳定,不因轮载动态作用而显著变化。     

高速铁路轨道平顺性影响因素分析及控制措施研究

高速铁路对轨道平顺性和稳定性要求高,轨道平顺性控制是施工的重要环节,影响轨道平顺性的因素很多。本文首先分析了我国规范中轨道平顺性的评价指标,指出了轨向、高低在周期性不平顺时,指标计算存在的缺陷,提出了对检测点一定范围内的所有测点相互校核,取最大值为该点的轨向、高低偏差的方法;系统分析了设计线形、下部结构变形、轨道结构部件精度、轨道施工等因素对轨道平顺性的影响,提出了无砟轨道施工精度、长轨精调等控制措施,解决了大跨桥梁温度变形对CPⅢ测量的干扰、充填层施工过程中轨道板易扰动等难题。研究成果对高速铁路轨道平顺性控制具有一定的参考价值。