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%。     

无砟轨道列车荷载层间分布特征及压电式测试系统研究

为研究无砟轨道列车荷载传递特征及测试方法,建立了双块式无砟轨道实尺试验平台,分析了钢轨支点压力和道床板、支承层底部荷载分布规律,并与动力学仿真结果对比。得出主要结论:石基压电式压力测试系统及压电式测力垫板测试系统,测试结果准确可靠,可用于无砟轨道结构健康监测;道床板底部荷载横向呈双峰型分布,两轮载间荷载效应叠加不明显,横向分布范围占道床板宽度的50%左右,道床板宽度具有优化空间;轮载传递至支承层底部时呈M型分布,轮载分布较为均匀。理论分析和试验结果可为无砟轨道现场测试提供参考,所得荷载传递规律,可为无砟轨道尺寸优化和下部基础设计取值提供理论依据。     

路基上双块式无砟轨道道床板空间力学特性研究

研究不同荷载作用下,高速铁路路基上双块式无砟轨道道床板空间力学特性。钢轨及道床板中钢筋用梁单元模拟,道床板、双块式轨枕、支承层以实体单元模拟,钢轨与道床板、道床板混凝土与钢筋、支承层与路基之间的连接用弹簧单元模拟,建立了可考虑混凝土开裂的路基上双块式无砟轨道三维有限元力学模型,分析了自重荷载、列车垂向荷载、不沉匀沉降荷载、温度梯度荷载作用下道床板的空间力学特性。结果表明:温度梯度荷载对混凝土纵、横向拉应力的影响最为显著;在列车荷载、不均匀沉降及温度梯度荷载作用下,钢筋纵向拉应力均超过了20 MPa;不同荷载作用下,支承层厚度、支承层弹性模量、道床板厚度等参数变化对混凝土和钢筋力学特性的影响不同;混凝土和钢筋纵向拉应力随着道床板裂缝间距的增加而增大。     

改进型弹性支承块式无砟轨道几何形位研究

近年来,国内外重载铁路发展迅猛,适用于重载铁路长大隧道内弹性支承块式无砟轨道引起广泛关注.中铁五院针对传统型弹性支承块式无砟轨道进行优化设计,提出一种改进型弹性支承块式无砟轨道.基于弹性支承块式无砟轨道改进设计成果,研究30 t轴重列车荷载作用下传统型和改进型2种弹性支承块式无砟轨道横竖向荷载纵向分配规律、钢轨及支承块...     

列车荷载在双块式无砟轨道中静态传递特征研究

为研究列车荷载在双块式无砟轨道中的传递规律,建立列车荷载静态传递规律精细化分析模型,分析荷载在双块式无砟轨道中的传递路径、范围及影响因素.研究结果表明:荷载在双块式无砟轨道中的传递分为上下2部分,道床板内为荷载扩展区,扩散角为20°左右,支承层内为荷载均化区,荷载分布已较为均匀;荷载传递范围及量值均随动力系数的增加而显著增大;混凝土强度等级增加,荷载扩展区承载范围减小;下部基础为桥梁或隧道时,荷载均化区分布范围更为集中,可以适当提高支承层内混凝土强度、优化宽度来提高轨道结构合理性和经济性.     

线路环境对双块式无砟轨道道床板温度场影响

研究目的:双块式无砟轨道结构道床板各表面接受太阳辐射热流密度与线路方向及地理纬度具有密切关系,本文基于太阳辐射及边界换热理论,结合试验数据,通过ABAQUS有限元软件建立路基地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构温度场分析模型,以探究不同线路方向及地理纬度对双块式无砟轨道道床板温度场的影响。研究结论:(1)当道床板侧表面法线方向与正南方向的夹角时,道床板横向温度梯度与竖向温度梯度均处于最不利工况;(2)当时,道床板整体温度梯度相对于原点的偏度标准值最小,为14.138℃/m,离散程度标准值最大,为10.446℃/m。此时道床板整体温度场处于最不利工况;(3)道床板横向温度梯度和竖向温度梯度,高纬度地区较低纬度地区更为不利,内陆地区较临海地区更为不利;(4)在高纬度内陆地区,道床板的温度梯度较大,且正负分布变化较快,道床板温度场处于最不利工况;(5)该研究成果可为完善双块式无砟轨道设计理论及养护维修方法提供技术支撑。     

温度及收缩荷载下路基上双块式无砟轨道力学及裂缝特性研究

温度及收缩荷载是双块式无砟轨道的重要荷载.以路基上双块式无砟轨道为研究对象,道床板中钢筋用梁单元模拟,道床板、双块式轨枕、支承层以实体单元模拟,道床板混凝土与钢筋、支承层与路基之间的连接用弹簧单元模拟,建立了考虑混凝土开裂的钢筋与混凝土相互作用有限元力学模型,并编制了相应的计算程序.研究了温度及收缩荷载下路基上双块式无...     

双块式无砟轨道裂纹对结构受力特征的影响分析

建立了含初始裂纹的CRTSⅠ型双块式无砟轨道空间有限元实体模型,对无砟轨道的受力特性进行研究,为无砟轨道的优化设计及其养护维修提供一定的理论基础。综合考虑列车荷载和温度应力的共同作用,求出了裂纹张开量和道床板纵向钢筋应力,并分析了裂纹深度和道床板配筋率对裂纹张开量和道床板纵向钢筋应力的影响。得出结论:(1)在列车荷载和整体温降共同作用下,无砟轨道道床板裂纹深度对裂纹张开量和裂纹处道床板下层纵向钢筋应力的影响不明显;(2)在满足最小配筋率的前提下,道床板配筋率对无砟轨道道床板裂纹张开量没有影响;在列车荷载和整体温降共同作用下,道床板配筋率对裂纹处道床板下层纵向钢筋应力的影响也不明显。     

双块式无砟轨道裂纹对道床板受力的影响分析

基于路基上双块式无砟轨道的计算力学模型,针对道床板不同宽度和深度情况下的表面裂纹和贯通裂纹,分析在列车荷载作用下道床板开裂前后对道床板受力性能的影响以及在轴向温度荷载作用下含裂纹的道床板受力情况。结果表明,在列车荷载作用下,含裂纹的无砟轨道与无裂纹的无砟轨道相比,道床板混凝土应力有小幅度增加,纵向钢筋应力随裂纹深度的增加而逐渐增大;在轴向温度荷载作用下,随着裂纹宽度的增大,道床板混凝土拉应力及钢筋应力变化较小。     

三维温度荷载下双块式无砟轨道结构动力响应

研究目的:本文利用ABAQUS有限元软件建立CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构温度荷载-落轴冲击耦合模型,结合试验数据,探究不同细致化温度荷载对双块式无砟轨道结构落轴冲击动力响应的影响。研究结论:(1)当道床板表面温度高于内部温度时,钢轨加速度变化较道床板表面温度低于内部温度更显著,轨枕向下加速度、道床板向上加速度分别增加13倍、42倍;(2)当道床板表面温度低于内部温度时,轨枕向上加速度、道床板向下加速度分别增加9. 5倍和25倍;(3)当道床板表面温度高于内部温度时,钢轨向下位移减小95%,轨枕及道床板向下位移均为0 mm,轨枕及道床板向上位移分别增加85倍和378倍;(4)当道床板表面温度低于内部温度时,钢轨、轨枕及道床板向下位移分别增加1. 01倍、4. 3倍和4. 91倍,轨枕及道床板向上位移均为0 mm;(5)本研究成果可为我国大温差地区无砟轨道线路平顺性研究提供参考。     

弹性支撑块式无砟轨道力学特性研究

研究目的:由于隧道内净空的限制,重载铁路长大隧道内宜铺设无砟轨道,弹性支撑块式无砟轨道(LVT)以其良好的减振性能逐渐在重载铁路中得到应用。为研究不同轴重和加载方式下LVT结构的应力应变特性,本文以蒙华铁路重载铁路隧道应用的LVT为例,通过建立LVT结构有限元模型,以探讨LVT结构的受力与变形特征,为LVT轨道结构的优化以及设计施工提供理论依据。研究结论:(1) LVT结构能够保证30 t轴重下静力学性能安全性,当轴重由30 t提高至42 t,钢轨弯矩、轨道结构部件应力及位移幅值增长量在40%左右;横向荷载对轨道结构横向位移及应力的影响显著,板端加载时道床板及底座板应力增量分别为284%、1 000%;(2)横向荷载作用下,除支承块横向应力下降,钢轨弯矩、支承块纵向应力、道床板应力、底座板应力均呈现增长趋势,其中道床板及底座板应力分别增长400%、530%;(3)板端加载时荷载由相邻扣件共同承担,扣件节点反力峰值有所下降,荷载作用点下竖向荷载分配比例由2∶1降低至4∶1,横向荷载分配比例由67%降低至47%;(4)本研究结果对重载铁路中LVT轨道结构的设计和施工有指导意义。     

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。     

双块式无砟轨道道床板疲劳计算分析

双块式无砟轨道道床板受温度及列车荷载反复作用,存在裂缝及疲劳损伤问题,对于双块式无砟轨道道床板疲劳设计及疲劳检算,尚无相关标准。借鉴公路混凝土路面疲劳的检算方法,结合现行国内混凝土结构标准,对道床板疲劳设计及检算方法进行了初步研究,并拟合出裂缝宽度与道床板疲劳配筋率的函数关系。     

湿度影响下双块式无砟轨道道床板新旧混凝土界面力学特性研究

在湿度影响下，混凝土的力学性能会随其内部不均匀的湿度场产生不同程度的变化，故水环境中的双块式无砟轨道各混凝土部件(轨枕、道床板及支承层)内部的材料性能存在差异，在长期荷载作用下易产生伤损。因此，探明由湿度导致材料性能变化对水环境中无砟轨道局部力学行为及损伤所带来的影响，对研究无砟轨道水致损伤形成和发展机理具有一定参考价值。通过建立双块式无砟轨道有限元实体模型，对水环境中双块式无砟轨道道床板新旧混凝土界面位置处的应变分布及疲劳损伤情况进行分析。结果表明：考虑湿度影响后，水环境中双块式无砟轨道道床板新旧混凝土界面位置处的变形性能与抗疲劳特性均有一定程度的削弱，长边接触面所受影响最为显著，其最大主拉应变增长31.6%,剪切疲劳寿命减短30.4%,出现在该面中上方位置，该处将是裂纹较早萌生的位置。     

CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕连接面损伤行为分析及识别研究

双块式无砟轨道轨枕块与道床板连接面易发生脱粘损伤。为实现CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕块和道床板连接面的脱粘损伤程度识别,利用内聚力模型建立含轨枕连接面损伤的有限元模型,施加列车动荷载激励,并基于小波包分解对不同损伤程度下的轨枕块与道床板的振动响应进行研究。结果表明:(1)轨枕连接面脱粘将显著提升轨枕块和道床板的振动响应,底面脱粘导致的振动响应更为显著;(2)通过小波包分解提取频带能量作为损伤特征指标,其频带能量增幅达到6%以上,可以识别损伤的程度;(3)随着轨枕连接面脱粘损坏程度的加深,轨枕块振动响应提升更为显著,应严格控制轨枕连接面脱粘程度。     

CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构优化设计研究

针对CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构特点,提出技术合理,经济性好的优化设计方案。对传统和优化后的CRTSⅠ型双块式无砟轨道在各种荷载作用下的结构受力进行计算对比分析,为优化设计方案提供理论指导。研究结论:(1)优化后的CRTSⅠ型双块式无砟轨道可应用于高速铁路、城际铁路项目;(2)通过轨道结构受力计算可知,在列车荷载作用下,路基地段优化后道床板弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道减少,底座弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道增加;桥梁地段优化后道床板弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道增大,增大幅度不大。单元式结构道床板在整体温度荷载作用下受到的轴力可大幅度减小。     

高速铁路双块式无砟轨道路基地段结构设计与施工技术研究

为了提高双块式无砟轨道的设计和施工质量,首先对路基地段双块式无砟轨道道床板和支承层的功能定位进行分析,提出连续道床板和分块道床板两种结构设计方案的主要特点和设计要点,并对两种设计方案进行结构受力和配筋计算。然后从抗压强度、结构耐久性、疲劳强度、裂缝控制等要求研究道床板混凝土的强度等级,提出道床板混凝土强度采用C40是足够的,且强度不宜太高。最后结合目前双块式无砟轨道施工和运营经验,提出道床板和支承层在施工过程中应注意的一些问题。     

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.     

支承层参数变化对双块式无砟轨道结构力学性能的影响

针对双块式无砟轨道的结构形式,建立了钢轨—扣件—轨下垫板—双块式轨枕—道床板—混凝土底座—弹性基础的有限元分析模型,应用ABAQUS软件,对比分析了支承层参数变化对于双块式无砟轨道结构力学性能的影响,为双块式无砟轨道的设计提供依据。     

弹性支承块式无碴轨道振动分析新模型

针对弹性支承块式无碴轨道结构特点,提出了一种新的用于竖向振动分析的有限元模型。在该模型中,钢轨模拟为弹性点支承Euler梁;钢轨下面的支承块视为刚体;轨道板视为弹性薄板,并且采用横向有限条与板段单元法对其进行位移插值;钢轨扣件模拟为线性弹簧和阻尼器;轨道板和混凝土底座下的路基模拟为连续分布面弹簧和阻尼器。在此基础上,基于弹性系统动力学总势能不变值原理和形成系统矩阵的"对号入座"法则,推导了弹性支承块式无碴轨道的竖向振动总势能,为建立弹性支承块式无碴轨道竖向振动方程,乃至进行弹性支承块式无碴轨道在高速列车作用下的动力响应分析奠定了良好基础。