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高原地区无缝道岔健康监测研究

铁道工程学报 2024年第8期41卷 61-66页

作者：刘丹苏成光张岷方家刘超李志俊长安大学西安710064 中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043 上海同玺电子科技股份有限公司上海201600

研究目的:无缝道岔是无缝线路的关键技术之一,高原地区的气候复杂使其受力更为复杂,为保证列车的安全运营,有必要对其进行长期实时健康监测。本文针对高原地区无缝道岔构建实时健康监测系统,并对一组道岔进行为期2个月的在线监测,对监... 详细信息

研究目的:无缝道岔是无缝线路的关键技术之一,高原地区的气候复杂使其受力更为复杂,为保证列车的安全运营,有必要对其进行长期实时健康监测。本文针对高原地区无缝道岔构建实时健康监测系统,并对一组道岔进行为期2个月的在线监测,对监测期内的轨温、尖轨尖端位移及尖轨断轨进行相应分析。研究结论:(1)钢轨温度变化趋势与气温变化趋势相同,最高轨温始终高于日最高气温,平均差值为11.75℃,其出现时间总体来讲早于气温出现3 h左右;(2)最低轨温与气温值基本相同,其出现时间也基本相近,大致于早上7:00—8:00出现;(3)钢轨温度和大气温度之间存在较好的一次线性关系,当气温变化1℃时轨温变化约为1.5℃;(4)尖轨尖端的纵向位移变化趋势与气温和轨温变化趋势相同,与气温间呈一次线性关系;(5)本文研究可为高原地区无缝道岔的养护维修提供数据支撑。

关键词：高原地区无缝道岔健康监测轨温变化

高速铁路主跨320 m钢-混部分斜拉桥无砟轨道适应性研究

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铁道标准设计 2024年第5期68卷 29-35页

作者：王俊冬欧阳辉来魏周春苏成光高天赐中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031

南玉高铁六景郁江特大桥设计将钢-混部分斜拉桥结构引入时速350 km高速铁路领域,而300 m级以上大跨度桥上无砟轨道的竖向变形极易超限,影响列车通过的安全性和舒适性,因此,系统研究在此大跨桥梁结构上铺设无砟轨道的适应性十分必要。通... 详细信息

南玉高铁六景郁江特大桥设计将钢-混部分斜拉桥结构引入时速350 km高速铁路领域,而300 m级以上大跨度桥上无砟轨道的竖向变形极易超限,影响列车通过的安全性和舒适性,因此,系统研究在此大跨桥梁结构上铺设无砟轨道的适应性十分必要。通过建立有限元及动力学模型,分析不同组合工况下无砟轨道结构的变形特点及动力特性,运用60 m弦测法探究各工况下无砟轨道的线形变化规律,从而确定大跨度钢-混部分斜拉桥铺设无砟轨道的适应性,并对设计和施工提出合理化建议。主要结论如下:在各种不利组合荷载作用下,桥上无砟轨道结构强度满足规范要求,列车通过大桥的各项安全性与舒适性指标均满足规范要求;混凝土收缩徐变和斜拉索升降温是影响无砟轨道线形标准的两大主因,应在无砟轨道施工前确保足够的沉降观测期和收缩徐变释放期,并充分考虑拉索的保温设计;在温度组合荷载作用下,桥上无砟轨道的60 m弦测不平顺幅值为6.79 mm,满足高速铁路静态验收标准;但在叠加列车荷载和收缩徐变后,变形弦测值均出现Ⅱ级及以上超限,通过合理设置预拱度后可有效改善轨道平顺性标准。

关键词：高速铁路铁路桥钢-混部分斜拉桥无砟轨道车-轨-桥耦合 60 m弦测法轨道不平顺

Temperature field test and prediction using a GA-BP neural network for CRTS Ⅱ slab tracks

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Railway Engineering Science 2023年第4期31卷 381-395页

作者： Dan Liu chengguang su Rongshan Yang Juanjuan Ren Xueyi Liu Highway School Chang’an UniversityXi’an 710064China China Railway First survey and Design Institute Group Co.Ltd.Xi’an 710043China MOE Key Laboratory of High-Speed Railway Engineering Southwest Jiaotong UniversityChengdu 610031China College of Transportation Engineering Chang’an UniversityXi’an 710064China

The CRTS Ⅱ slab track, which is connected in a longitudinal direction, is one of the main ballastless tracks in China, with approximately 7365 km of operational track. Temperature loading is a very vital factor leading to slab track damages such as warping and cracking. While existing research on temperature distribution rests on either site tests in special environments or theoretical analysis, the long-term temperature field characteristics are not clear. Therefore, a long-term temperature field test for the CRTS Ⅱ slab track on bridge-subgrade transition section was conducted to analyze the temperature field. A GA-BP(genetic algorithm optimized back propagation) neural network was trained on the test data to predict the temperature field. The vertical and lateral temperature distributions in four typical days were carried out. We found that the temperature along the track was distributed in a nonlinear manner. This was particularly distinct in the vertical direction for depths of less than 300 mm. The highest and lowest daily temperatures and the daily range of the temperature were analyzed. With the increasing depth, the daily highest temperatures and range of the temperature were smaller, the daily lowest temperatures were higher, and the time corresponding to this peak value appeared later in the day. Both the highest and lowest daily temperature could be predicted using the GA-BP neural network, though the accuracy in predicting the highest temperature was higher than that in predicting the lowest temperature.

关键词： Ballastless track Long-term test Temperature distribution Correlation analysis Neural network

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双块式无砟轨道道床板早期温度场特性研究

铁道工程学报 2019年第10期36卷 33-40页

作者：苏成光中铁第一勘察设计院集团有限公司

研究目的:为探究道床板早期温度场变化特性,确定温度应力的起点温度,本文建立无砟轨道温度场计算模型且用试验验证模型的准确性,并考虑道床板混凝土水化热效应及养生方式的影响,计算分析浇筑初期道床板零应力温度等指标。研究结论:(1)... 详细信息

研究目的:为探究道床板早期温度场变化特性,确定温度应力的起点温度,本文建立无砟轨道温度场计算模型且用试验验证模型的准确性,并考虑道床板混凝土水化热效应及养生方式的影响,计算分析浇筑初期道床板零应力温度等指标。研究结论:(1)在道床板混凝土浇筑前3天水化热对早期温度场影响显著,道床板在不同浇筑时刻的零应力温度差别显著,T1最大值一般出现在4:00~8:00时间段内浇筑的混凝土中,最小值一般出现在20:00左右浇筑的混凝土中,上午浇筑的混凝土比下午浇筑的T1值高;(2)塑料薄膜养生下道床板的早期温度T1、Tmax最大,自然养生和绝热养生次之,土工布养生最小,土工布和塑料薄膜养生下的板中T1、Tmax均高于浇筑温度20℃左右;(3)浇筑温度对道床板零应力影响较大,取浇筑温度为初始温度的方法会大大低估降温幅度值;(4)本研究成果可为双块式无砟轨道的设计、施工及养护维修工作提供一定的理论依据。

关键词：双块式无砟轨道早期温度场零应力温度养生方式

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路桥过渡段无砟轨道长期温度梯度试验研究

铁道工程学报 2022年第2期39卷 56-61页

作者：苏成光中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

研究目的:为确定路桥过渡段无砟轨道温度梯度荷载合理取值,以减少翘曲、开裂等病害的发生,延长无砟轨道的使用寿命,本文以沪杭高铁路桥过渡段无砟轨道为对象进行为期一年的温度梯度实测试验,分别对轨道板、支承层全年内温度梯度分布情... 详细信息

研究目的:为确定路桥过渡段无砟轨道温度梯度荷载合理取值,以减少翘曲、开裂等病害的发生,延长无砟轨道的使用寿命,本文以沪杭高铁路桥过渡段无砟轨道为对象进行为期一年的温度梯度实测试验,分别对轨道板、支承层全年内温度梯度分布情况及概率分布进行数据统计分析。研究结论:(1)轨道板上部温度梯度变化范围明显大于整体温度梯度变化范围,因此在利用温度荷载进行轨道安全设计时,建议取轨道板上部温度梯度作为轨道板温度梯度荷载的取值;(2)轨道板出现负温度梯度的概率明显大于正温度梯度,全年有三分之二的时间分布在-30~0℃/m区间范围内;(3)支承层的温度梯度变化范围小于轨道板的温度梯度变化范围,主要集中在-4~4℃/m区间范围内;(4)轨道板和支承层的温度梯度概率分布均服从指数函数分布;(5)本研究结论可为路桥过渡段无砟轨道的设计、施工及养护维修提供理论支撑。

关键词：无砟轨道温度梯度统计分析试验研究

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道床板钢筋锈蚀的细观力学影响

西南交通大学学报 2020年第2期55卷 273-281,289页

作者：苏成光刘丹赵坪锐刘学毅中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043 长安大学公路学院陕西西安710064 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031

为探究钢筋锈蚀对双块式无砟轨道道床板混凝土的影响,建立了道床板混凝土细观尺度力学模型,研究了钢筋锈蚀时不同钢筋直径、间距、保护层厚度的道床板受力性能及损伤破坏模式,分析了列车荷载和温度荷载对锈胀钢筋混凝土道床板力学性能... 详细信息

为探究钢筋锈蚀对双块式无砟轨道道床板混凝土的影响,建立了道床板混凝土细观尺度力学模型,研究了钢筋锈蚀时不同钢筋直径、间距、保护层厚度的道床板受力性能及损伤破坏模式,分析了列车荷载和温度荷载对锈胀钢筋混凝土道床板力学性能的影响.研究结果表明:钢筋锈蚀引起的道床板开裂模式主要与钢筋保护层厚度有关,与钢筋直径和间距关系小;道床板内部裂缝贯通时的锈胀位移随着钢筋间距的增大而增大,当保护层厚度为60 mm,钢筋间距为120 mm时,61.2μm的钢筋锈胀位移就会引起道床板内部裂缝贯通;列车荷载对锈蚀后的道床板损伤影响小,且会使道床板受力趋于均匀;整体降温30℃和负温度梯度荷载均会使锈胀道床板拉伸损伤进一步明显增大,在道床板水平及垂向产生贯通裂缝;整体升温30℃和正温度梯度荷载作用对锈胀道床板损伤影响小.

关键词：无砟轨道钢筋锈蚀细观力学列车荷载温度荷载破坏模式

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双层混凝土复合梁静动态弯拉破坏模式分析

西南交通大学学报 2017年第4期52卷 731-737页

作者：苏成光刘丹曹世豪赵坪锐刘学毅西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031

针对无砟轨道层间损伤的问题,开展了双层混凝土在共同受力下协同工作性能的研究.从细观视角出发,运用图像处理技术获得试件表面骨料的分布状态,建立了双层混凝土复合梁的二维细观模型;对混凝土4点弯拉试验进行模拟与验证,探究了加载应... 详细信息

针对无砟轨道层间损伤的问题,开展了双层混凝土在共同受力下协同工作性能的研究.从细观视角出发,运用图像处理技术获得试件表面骨料的分布状态,建立了双层混凝土复合梁的二维细观模型;对混凝土4点弯拉试验进行模拟与验证,探究了加载应变率对混凝土梁弯拉破坏模式、弯拉强度及应力位移关系的影响.研究结果表明:从力-位移曲线和破坏模式两者来看,数值模拟结果和试验结果都较为接近,说明运用细观尺度计算模型模拟混凝土开裂过程的方法是可行的;高加载应变率1×10^(-2)/s、1×10^(-1)/s下,双层混凝土之间的交界面处会出现较大损伤;在1×10^(-3)/s、1×10^(-2)/s、1×10^(-1)/s加载应变率下,最大承载应力分别为1.50、6.41、14.40 MPa,混凝土裂纹由沿薄弱交界面周围扩展的单一裂纹型式转变为复杂的多裂纹型式,且裂纹宽度急剧增加,损伤破坏扩展至整个受拉区.

关键词：双层混凝土复合梁细观尺度实际骨料分布应变率效应内聚力模型

温度梯度与板下脱空对列车轨道系统动力响应的影响

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铁道学报 2017年第4期39卷 85-93页

作者：张重王苏成光刘学毅赵林姜浩西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031

砂浆脱空是CRTSⅠ型板式无砟轨道典型病害之一,其与温度梯度荷载共同作用下,轮轨系统受力状态将受到较大影响。本文运用轮轨系统动力学原理和有限元法,建立列车-无砟轨道-路基系统耦合动力空间模型,计算分析温度荷载、脱空长度对车辆及... 详细信息

砂浆脱空是CRTSⅠ型板式无砟轨道典型病害之一,其与温度梯度荷载共同作用下,轮轨系统受力状态将受到较大影响。本文运用轮轨系统动力学原理和有限元法,建立列车-无砟轨道-路基系统耦合动力空间模型,计算分析温度荷载、脱空长度对车辆及轨道系统动力响应的影响。结果表明:温度梯度荷载仅对轨道结构动力响应影响较大;温度梯度荷载与板下脱空同时存在,脱空长度超过0.8m时,其对车辆及轨道系统动力响应影响较大,尤其当轨道板存在正温度梯度110℃/m、行车速度350km/h、脱空长度1.2m时,轮重减载率为1,严重威胁行车安全。建议高速铁路无砟轨道脱空长度不超过0.8m,并加强极端气候下的损伤检测。

关键词：无砟轨道高速列车温度梯度砂浆脱空动力响应

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预拱度对大跨斜拉桥车辆动力特性影响研究

铁道工程学报 2023年第6期40卷 51-56,68页

作者：苏成光高天赐张岷魏周春刘超中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031

研究目的:针对大跨斜拉桥成桥后线形易偏离理论设计线形,影响列车运行安全性和平稳性这一重难点问题,设置合适的预拱度是有效的方法之一。本文建立车辆-轨道-桥梁三维耦合动力学模型,对某主跨330 m特大桥在最不利荷载线形基础上叠加4种... 详细信息

研究目的:针对大跨斜拉桥成桥后线形易偏离理论设计线形,影响列车运行安全性和平稳性这一重难点问题,设置合适的预拱度是有效的方法之一。本文建立车辆-轨道-桥梁三维耦合动力学模型,对某主跨330 m特大桥在最不利荷载线形基础上叠加4种预拱度下的车辆动力响应进行分析,探究不同预拱方案对大跨斜拉桥车辆动力响应的影响规律。研究结论:(1)有无预拱度设计列车通过大跨桥时的安全性指标与舒适性指标均满足规范要求,且安全冗余较多;(2)设置预拱线形能够有效降低车体垂向加速度,提高列车乘坐舒适性;(3)大跨桥最不利位置为桥塔和主跨跨中处,需加强施工质量控制,在运营中注意观测养护,以保障列车的运行安全和乘坐舒适性;(4)本研究成果可为大跨斜拉桥的预拱度设计、施工及运维提供参考。

关键词：高速铁路大跨斜拉桥预拱度车辆动力特性