高速铁路板式无砟轨道-路基结构动力特性研究

针对列车走行的实际情况,将板式无砟轨道-路基作为参振子结构纳入车辆计算模型,建立包含车辆、钢轨、板式轨道和路基为一体的二系垂向耦合动力分析模型,分析列车速度对车辆运行品质、系统动位移以及动应力的影响。结果表明:车体加速度、动轮载和轮重减载率均随车速的提高而增大,呈线性分布,当列车高速通过无砟轨道-路基结构时,列车运行的安全性和舒适度指标都能满足要求;系统动位移受速度影响较小;轨道板易发生疲劳破坏,需采用双层、双向配筋;路基面动应力随速度的提高而增大,但数值比有砟轨道的小;路基动应力沿路基深度方向衰减较慢,在基床表面下3 m处,动应力只有基面的25%左右;无砟轨道的基床加速度远小于有砟轨道的加速度值,表明无砟轨道结构可以有效地改善列车荷载对路基基床的振动作用。     

高速铁路路基动力响应特性

结合高速铁路路基基床动力响应现场实测与有限元计算,分析了无砟轨道路基动应力、动变形和振动加速度的幅值特征及变化规律,揭示了列车荷载作用下基床内应力、应变的分布规律。研究结果表明:轨道路基基床动应力范围为11~16 k Pa,随车速变化不明显,随轴重增大而增加,每1 t轴重产生动应力约为1.02 k Pa;无砟轨道路基基床表面动应力分布范围较大且相对均匀,动应力随深度衰减较缓慢;无砟轨道路基动变形较小,随着路基刚度的增大动变形减小且分布较均匀,路基对线路整体刚度影响不大;无砟轨道路基振动加速度一般不大于10 m/s2,振动主频100~500 Hz。     

车辆轴载作用下无砟轨道路基面动应力分布规律探讨

针对双块式无砟轨道路基的典型结构,在参考遂渝铁路无砟轨道综合试验段现场测试数据的基础上,结合有限元数值计算结果,运用Winkler弹簧地基上叠合梁模型的计算理论,对车辆单轴荷载作用下无砟轨道路基面动应力分布进行讨论,提出反映无砟轨道路基面支承刚度的基床结构地基系数计算概念,初步建立无砟轨道路基面动应力沿线路纵向分布长度的解析计算方法。研究表明:车辆单轴荷载作用下路基面动应力分布表现为横向均匀、纵向三角形的基本形式;对路基面动应力沿线路纵向分布长度影响的主要因素是无砟轨道混凝土结构的刚度,车辆轴重的影响不显著;无砟轨道混凝土结构长期刚度的衰变将对路基面承受的动力作用产生不利影响。     

不均匀沉降对无砟轨道路基动力特性的影响

为探讨不均匀沉降对高速铁路无砟轨道路基动力特性的影响,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道-路基系统的三维动力有限元模型,计算并对比分析有病害和无病害条件下路基的竖向动应力、动位移及振动加速度在空间上的分布规律,结果表明路基不均匀沉降导致无砟轨道路基的动力响应幅值及其空间分布规律发生明显的改变,且主要集中在支承层宽度范围、路基面以下0~1.5m深度内。由不均匀沉降引起路基动应力幅值可达100kPa,为无病害路基的3倍以上,动加速度幅值为无病害路基的2倍以上,在列车循环荷载作用下沉降区域将加速扩大,对路基产生非常不利的影响。     

考虑CA砂浆黏弹特征的轨道-路基动力响应分析

为探究轨道-路基结构的动力响应及结构存在损伤时对系统动力响应的影响,以速度350 km/h的高速铁路无砟轨道-路基结构为研究对象,建立无砟轨道-路基-地基大耦合的全尺寸三维数值模型,考虑CA砂浆黏弹特性与土体材料非线性,模拟轨道-路基系统在10 s动荷载作用下竖向动位移、动应力及动加速度的变化规律。研究结果表明:考虑CA砂浆层和土体的非线性属性时,与弹性材料相比无砟轨道-路基结构的竖向动位移和动加速度的计算结果均增大、竖向动应力均减小。CA砂浆层掉块对轨道板的竖向动位移、动应力和动加速度影响显著;底座板以下结构的动力响应降幅明显。由此得出结论:低弹模的CA砂浆起到了良好的调整和减振作用。当分析轨道-路基系统整体的竖向动位移,以及轨道板的竖向动应力和竖向动加速度时,保证计算结果准确性,需考虑两种材料的非线性。CA砂浆层脱空区域边缘的竖向动应力增长明显,当CA砂浆板中掉块长度达到1.25 m时,应尽快维修。     

遂渝线无砟轨道桩-网结构路基及其试验研究

研究目的：为实现无砟轨道铁路路基严格工后沉降的控制,遂渝线无砟轨道综合试验段首次采用了桩-网结构路基方案,其工作机理及其承载特性需要研究。研究方法：采用数值计算分析、离心模型试验、室内循环加载动态模型试验、现场实验等方法对无砟轨道桩-网结构路基承载特性、工作机理进行了系统的试验研究,基于试验研究研究成果,就桩-网结构路基定义、工作原理、设计技术进行了讨论。研究结果：基于试验研究研究成果,初步提出了桩-网结构路基定义、工作原理、设计技术。研究结论：桩-网结构路基具有竖向沉降变形小、变形稳定时间短的突出优点。桩-网结构可用于无砟轨道铁路深厚软弱地基加固、已建土质路堤的加固、无砟轨道道岔区等特殊地基加固。     

高速铁路无砟轨道路基填料动力试验荷载分析

为获得高速铁路无砟轨道路基填料的动力试验参数,建立无砟轨道-路基系统三维有限元数值模型,模拟8辆编组的动车运行过程,结合实测数据分析轨道不平顺、列车速度、轴重、深度等因素对竖向动应力的影响。结果表明:路基动应力的一次加卸载过程,由同一转向架的两对轮载或相邻转向架的两对轮载共同完成;车速对动应力幅值影响较小,但引起路基承受荷载的作用频率呈线性增大;列车车轴重每增加10 kN,路基表面的动应力增加约0.97 kPa;无砟轨道路基承受荷载的作用频率为车长频率的1~4倍,且轨道不平顺没有改变荷载主频。依据动应力时程曲线特征及其频谱特征,采用全压正弦函数建立路基填料动力试验荷载表达式,加载频率可取车长频率的1~3倍。     

遂渝铁路无碴轨道路隧过渡段路基面动应力测试分析

通过对遂渝铁路无碴轨道综合试验段路隧过渡段路基动力学响应的现场实车测试,分析在CRH2动车组和C80重载货物列车作用下的路基与隧道刚性渐变混凝土过渡段的路基面动应力响应特性。测试数据表明:行车速度的提高对路基面动应力的增加影响显著,路基面动应力沿线路纵向基本呈波浪型台阶变化,轴重对动应力的幅值和速度影响系数、沿线路纵向的动应力变化坡度都有一定的影响。     

无砟轨道桩-网结构路基设计方法研究

分析客运专线无砟轨道桩-网结构路基的破坏模式,提出桩-网结构路基设计对策,并对桩-网结构路基设计方法进行了探讨。钢筋混凝土桩-网结构应进行单桩承载力验算、地基沉降验算、桩顶加筋垫层验算;当地基土层较差,特别是单一无硬壳层的极软地基,还应进行桩-网结构抵抗路堤荷载侧向滑移作用的横向稳定验算。在桩-网结构单桩承载力验算中,为充分发挥桩的承载作用,建议引入单桩承载力发挥系数。     

制动荷载作用下桥上无砟轨道动力响应分析

为研究制动荷载作用下桥上无砟轨道动力响应问题,建立车辆子系统模型和无砟轨道-桥梁子系统模型。根据高速列车制动减速度特性曲线确定列车制动力,利用Hertz理论求解轮轨力,通过交叉迭代法求解有限元数值方程。以4节编组的CRH2型动车组在桥上无砟轨道制动为例,进行系统动力响应分析。研究结果表明:轨道、桥梁结构的纵竖向位移和加速度均逐层递减,梁端处轨道结构的竖向振动比跨中处大;列车制动过程中列车速度逐渐减小引起轨道结构的竖向动力响应也减小;列车停车后,轨道结构和桥梁的纵向位移反向突变、纵向加速度突变,随后都有自由衰减的趋势;列车停车瞬间,列车和桥梁出现纵向最大振动。研究成果可为桥上无砟轨道的设计提供理论支持。     

高速铁路板式无砟轨道基础配套机具选型设计与应用

京沪高速铁路全线采用CRTSII型板式无砟轨道形式,板式无砟轨道基础在桥梁、路基段分别设计为底座板、支承层,以京沪高速铁路枣埠先导段为例,通过对高速铁路板式无砟轨道底座板/支承层施工模板进行多方案比选、选型设计、现场模拟试验验证工艺设计、并再次加工改进的情况,详细介绍了高速铁路CRTSII型板式无砟轨道基础混凝土施工采用高模低筑模板设计方案,配置悬挂式宽度可伸缩振捣整平机,做到路基、隧道支承层与桥梁底座模板在直线、曲线段全部通用,施工组织方便、快捷,有效保证了混凝土的施工质量。     

客运专线路基地段铺设无碴轨道有关问题的探讨

与传统有碴轨道相比,客运专线路基地段铺设无碴轨道后,对路基工程的沉降变形控制、基床结构、过渡段设置及铺设前的综合评估有明显的差别。本文在调研分析国内外资料的基础上,针对路基地段铺设无碴轨道的关键技术问题,包括沉降变形控制中工后(残余)沉降的概念、标准、组成及控制方法,路基基床承受的动应力水平及传递规律,不同工程类型衔接处过渡段的设置形式、长度及设置方法;无碴轨道铺设前的沉降观测分析方法及评判标准进行了系统的分析和探讨,并参照客运专线工程设计国际咨询成果资料,结合我国多条客运专线前期工作的不断深入,提出了指导客运专线路基地段无碴轨道设计与施工的建议。     

客运专线土质路基地段铺设无碴轨道调研及分析

介绍无碴轨道的特点,高速铁路发达国家以及国内研究、应用现状及土质路基地段铺设无碴轨道的技术条件;结合现行客运专线有碴轨道设计规范的有关规定,初步提出客运专线土质路基地段铺设无碴轨道的技术条件,就需深入研究的问题进行了讨论。     

遂渝线路基上双块式无碴轨道综合施工技术

研究目的：随着我国铁路客运专线和高速铁路的发展，摸索适合我国国情的无碴轨道铺设施工技术，总结无碴轨道施工和维修的技术标准，已成为我国铁路发展的当务之急。 研究方法：遂渝线无碴轨道综合试验段是国内首次尝试在路基上成区段铺设双块式无碴轨道。施工中根据设计要求，从实践出发，不断探索和完善施工工艺，研制改进工装设备，从而攻克诸多技术难题，圆满完成了施工科研任务。 研究结果：动车试验各项技术指标均达到或超过了设计要求。试验段的成功建设对我国无碴轨道设计和施工具有重要指导意义。本文对双块式无碴轨道施工技术进行了重点总结，包括控制测量、道床混凝土施工及裂纹防治、低弹模混凝土摊铺、轨排组装与精调等，并对设计和施工提出了改进建议。     

郑徐铁路客运专线CRTSⅢ型板式无砟轨道施工关键技术

郑徐铁路客运专线是首次大规模采用CRTSⅢ型先张法预应力混凝土轨道板铺设的无砟轨道线路,轨道板预制、铺设精调以及自密实混凝土施工工艺、工装设备及施工效率、质量控制等都需要进行有针对性的研究。无砟轨道施工前,通过对正在施工的CRTSⅢ型后张法预应力混凝土轨道板铺设线路的参观学习,进行板场规划建设、线下工艺性揭板试验、专家评估验收、应用BIM技术管理,施工各项技术参数符合相关技术条件要求,工装设备满足作业要求,已正式上线施工的无砟轨道试验段满足设计要求。     

遂渝线无砟轨道综合试验段桥涵总体设计

研究目的:为了研发具有自主知识产权的桥梁无砟轨道成套技术,积累桥上铺设无砟勒道的设计、建设经验。研究结果:根据我国第一条无砟轨道综合试验段的桥涵设计特点,对无砟轨道桥涵设计过程中的若干技术问题进行了研究、分析、总结。对客运专线无砟轨道桥涵设计具有参考价值。     

严寒地区客运专线无砟轨道结构选型及关键技术研究

研究目的:进一步加强对严寒地区无砟轨道结构选型和关键技术的研究,这对我国修建世界上第一条严寒地区的客运专线无砟轨道,具有重要的指导意义。研究结果:结合哈大客运专线哈沈段气候条件,提出了严寒地区无砟轨道结构选型的重点考虑因素,并提出了严寒地区无砟轨道关键技术。     

遂渝线无碴轨道路基施工及沉降观测技术研究

研究目的：总结无碴轨道路基施工及其沉降观测的工艺方法和技术参数，验证软土路基桩网加固结构和红层泥岩改良的合理性，为今后制定类似工程施工的技术标准提供参考。 研究方法：按照四区段八流程、采用冲击碾压加速沉降的方法填筑路基，采用K30、Ev2、Evd检测手段检验路基碾压的密实度。采用埋设沉降板和剖面管方法，长期跟踪观测、记录路基沉降变化的数据，并编写程序预测远降变化的规律。 研究结果：桩网加固段和红层泥岩改良段路基的密实度达到了设计的要求。沉降板观测结果：预测总沉降为小于15mm，6个月沉降小于8mm，均满足工后沉降15mm的标准要求：20m不均匀沉降观测结果为7．89mm，小于20mm／20m的标准要求。研究结论：经高填方桩网路基施工技术和红层泥岩配制石灰拌和料回填碾压路基施工技术做的路基，通过了路基评估验收，满足时速200km无碴轨道的要求。     

无砟轨道路基面支承刚度理论计算及应用

将无砟轨道路基结构简化成双层弹性体系,基于层状弹性体系力学理论,给出无砟轨道路基面支承刚度的计算方法。应用该方法进行遂渝线无砟轨道试验段路基面刚度计算,并与现场加载试验测试结果进行比较,两者吻合较好,验证了该方法的可行性。以桥梁路基过渡段为例,将此计算方法应用于无砟轨道典型过渡段的动力性能评估中,进行动力计算。结果表明,该桥梁路基过渡段的钢轨挠度变化率小于0.3 mm.m-1的限值,满足行车要求。运用该计算方法对无砟轨道基床表层及底层变形模量Ev2的合理取值进行研究,结果表明:改变基床表层变形模量对路基面支承刚度影响不大,而改变基床底层变形模量对路基面支承刚度的影响明显;将变形模量Ev2作为压实标准时,对于基床表层和底层,Ev2可分别取为120～260和80～140 MPa。