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新型纤维复合筋增强无砟轨道板变幅疲劳性能试验研究

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铁道学报 2022年第9期44卷 111-119页

作者：杨洋张志勤吴刚曹大富陆伟刚扬州大学建筑科学与工程学院江苏扬州225127 江苏扬建集团有限公司江苏扬州225002 东南大学土木工程学院江苏南京211189 扬州大学水利与能源动力工程学院江苏扬州225009

为评估变幅疲劳对无砟轨道板疲劳性能的影响,通过试验测试了7块无砟轨道板,每块轨道板具有相等的横截面刚度,所使用筋材分别为钢-连续纤维复合筋(SFCB)、玄武岩纤维复合筋(BFRP)和传统钢钢筋;试验参数主要考虑荷载水平和加载顺序的影响... 详细信息

为评估变幅疲劳对无砟轨道板疲劳性能的影响,通过试验测试了7块无砟轨道板,每块轨道板具有相等的横截面刚度,所使用筋材分别为钢-连续纤维复合筋(SFCB)、玄武岩纤维复合筋(BFRP)和传统钢钢筋;试验参数主要考虑荷载水平和加载顺序的影响。试验结果表明,SFCB增强的轨道板具有更高的疲劳极限,当荷载水平超过疲劳极限时,SFCB增强轨道板的挠度,裂缝宽度和应力仍处于受控状态;相比之下,传统钢筋和BFRP筋增强轨道板的疲劳寿命和刚度均显著降低;疲劳极限内,荷载加载顺序对SFCB和BFRP筋增强轨道板的疲劳性能影响不大,在此期间,疲劳损伤仍由最大荷载水平控制。

关键词：无砟轨道板钢-连续纤维复合筋(SFCB) 玄武岩纤维复合筋(BFRP) 疲劳极限疲劳性能

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无砟轨道板脱空检测技术研究

铁道建筑 2017年第12期57卷 109-112页

作者：吴佳晔王涛张远军四川升拓检测技术股份有限公司四川成都610045 四川理工学院土木工程学院四川自贡643000

由于行车荷载、温度应力等因素的影响,无砟轨道板经常出现脱空、翘曲等问题,影响轨道交通的正常运营。但目前常用的轨道检测方法多集中在轨道高差、水平的检测上,对于轨道板在行车过程中产生的脱空检测效果不佳。本文对比冲击弹性波在... 详细信息

由于行车荷载、温度应力等因素的影响,无砟轨道板经常出现脱空、翘曲等问题,影响轨道交通的正常运营。但目前常用的轨道检测方法多集中在轨道高差、水平的检测上,对于轨道板在行车过程中产生的脱空检测效果不佳。本文对比冲击弹性波在无砟轨道板脱空检测中相对于红外线、电磁波等方法的优越性,并结合工程实际验证了冲击弹性波在无砟轨道板脱空检测中的可行性。

关键词：高速铁路无砟轨道板无损检测脱空冲击弹性波

CRTSⅡ型板式无砟轨道板疲劳损伤规律研究

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铁道学报 2021年第11期43卷 113-121页

作者：杨洋张志勤吴刚曹大富扬州大学建筑科学与工程学院江苏扬州225000 东南大学土木工程学院江苏南京210096

传统无砟轨道板由于钢筋网片形成的感应阻抗,恶化了无绝缘轨道电路的一次参数,通过添加绝缘套管或卡子的处理方法可改善轨道板的绝缘性能。然而,这种绝缘方式可能影响无砟轨道板的结构疲劳性能。为此,对6块CRTSⅡ型板式无砟轨道板(RC板... 详细信息

传统无砟轨道板由于钢筋网片形成的感应阻抗,恶化了无绝缘轨道电路的一次参数,通过添加绝缘套管或卡子的处理方法可改善轨道板的绝缘性能。然而,这种绝缘方式可能影响无砟轨道板的结构疲劳性能。为此,对6块CRTSⅡ型板式无砟轨道板(RC板)进行静力和疲劳性能试验,研究其相应的损伤规律,参数主要考虑荷载水平的影响。试验结果表明:CRTSⅡ板式无砟轨道板经过疲劳循环加载后的破坏形态为预应力筋和非预应力筋断裂;荷载水平控制着结构挠度和裂缝的发展;疲劳荷载上限值对无砟轨道板混凝土及受力筋应变影响很大。最后,给出裂缝宽度和应力关系的拟合曲线供设计者参考。

关键词：无砟轨道板疲劳加载疲劳性能损伤规律

充填层受水侵蚀环境下高铁轨道板动力响应模型研究

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充填层受水侵蚀环境下高铁轨道板动力响应模型研究

作者：刘亚立北京建筑大学

学位级别：硕士

受雨季和旱季的交替变化、短时降雨与晴天日照的交替及隧道地下水渗漏等客观环境的影响,高铁轨道系统的CA砂浆充填层不可避免地会受到水侵蚀作用。在水分排除或蒸发过程中,CA砂浆出现了受水浸泡和干湿交替的现象。在水侵蚀环境下,CA砂... 详细信息

受雨季和旱季的交替变化、短时降雨与晴天日照的交替及隧道地下水渗漏等客观环境的影响,高铁轨道系统的CA砂浆充填层不可避免地会受到水侵蚀作用。在水分排除或蒸发过程中,CA砂浆出现了受水浸泡和干湿交替的现象。在水侵蚀环境下,CA砂浆层的退化会造成轨道板支撑约束的动态变化。不同的动态支撑约束条件势必影响结构在运营荷载作用下的动力响应特性。本文企图紧紧抓住砂浆动态退化与动态支撑约束作用的变化这一关键点,来探究造成轨道板结构出现伤损的最不利工况,进而分析轨道板结构模型动力响应特性及其损伤机理。首先通过研究受水浸泡和干湿交替两种水侵蚀环境下CA砂浆层的力学特性,揭示了水侵蚀环境下CA砂浆层的退化机制;再依据相似性原理,设计了与CA砂浆层完全无缝隙固连及多点支撑的连续梁和板等16种工况来模拟CA砂浆层的退化过程,应用WS-Z30振动台开展了振动响应模型试验,通过模型试验与等尺寸缩尺模型有限元分析结果的对比分析,充分验证了实验结果的正确性;然后利用有限元进行了相似工况的足尺轨道梁和板在振动荷载作用下的动力响应分析,对比模型试验与有限元分析的结果,充分验证了足尺轨道梁和板有限元模型的可靠性;最终对验证后的有限元模型进行了力学性能和最不利工况研究。研究成果如下:（1）在受水浸泡和干湿交替两种水侵蚀环境下,除两端受边界效应影响外,不论其受水浸泡的天数和干湿循环的次数,CA砂浆层整体受力都出现了两边大于中间的现象。这与CA砂浆层四角和两侧最先破坏的实际调研结果相符合。（2）轨道梁在脱空大于900mm时,垂向应力会急剧增大,其值大于轨道梁材料的抗剪强度实验值,发生剪切破坏;纵向应力和横向应力只有脱空大于2400mm时超过了轨道梁材料的抗拉强度设计值。轨道板也在脱空大于900mm时,垂向应力会急剧增大,发生剪切破坏;纵向应力在脱空大于1800mm时超过了轨道板材料的抗拉强度设计值;横向应力在脱空大于2400mm时超过了轨道板材料的抗拉强度设计值。（3）在CA砂浆层四周围缺失的情况下,轨道板中部先发生剪切破坏,进一步加快CA砂浆层中部完好区域的劣化。在CA砂浆层中部脱空的情况下,轨道板中部CA砂浆层缺失边界处应力会发生剧变,很容易发生剪切和开裂破坏,使轨道板突然失去对高铁的支撑作用。（4）同一工况下轨道梁中轴处上顶部和下底部的纵向应力、横向应力及垂向应力的大小都介于轨道板边缘和中轴处相应位置处应力之间,其符合各向同性介质力学特性的变化规律。研究工作对于进一步改进砂浆填充层特性、开展轨道板结构的健康检测监测、保障高铁轨道板和整个车轨系统的安全运营、提升高铁运营安全及防灾减灾能力有积极的促进作用。

关键词： CA砂浆充填层无砟轨道板缩尺模型试验有限元分析动力响应力学性能

高速铁路无砟轨道平顺性测量技术及扣件精准预配置算法研究

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高速铁路无砟轨道平顺性测量技术及扣件精准预配置算法研究

作者：宁侨侨西南交通大学

学位级别：硕士

为保证高速铁路轨道铺设质量满足高速列车平稳安全运行,在高铁建设期间控制轨道平顺性尤为重要。传统的轨道精调方法先全线安装标准扣件再对钢轨进行检测与调整,受线路沉降、轨道控制网原始数据更新等多方面因素影响,全线安装标准扣件... 详细信息

为保证高速铁路轨道铺设质量满足高速列车平稳安全运行,在高铁建设期间控制轨道平顺性尤为重要。传统的轨道精调方法先全线安装标准扣件再对钢轨进行检测与调整,受线路沉降、轨道控制网原始数据更新等多方面因素影响,全线安装标准扣件的扣件配置方案常常与轨道实际线形不匹配,存在后续钢轨调整时标准扣件材料浪费严重、精调人力和时间成本高等问题。基于上述问题,本文围绕无砟轨道平顺性测量技术、钢轨模拟调整量自动计算原理和扣件精准配置算法展开深入研究,主要研究内容和结论如下:首先,本文研究了高速铁路无砟轨道几何形位基本要素的概念和其对应的不平顺值计算模型,其中对比轨向和高低不平顺值严密计算和近似计算模型,认为近似计算方法公式简单、几何意义明确,并以此作为后续研究轨道模拟调整量自动计算过程中不平顺值计算的依据。然后,本文研究了国内高速铁路常用扣件系统结构及其功能,阐述了利用相关结构件实现轨道平面和高程给定调整量的调整规则。经研究本文认为亚毫米级的扣件系统最小调整量可满足轨道更为精细化的调整需求,使调整后的轨道线形平顺度更高。其次,提出了一种基于智能型全站仪搭配精密标架的无砟轨道板平顺性测量技术和数据处理方法,在长钢轨铺设前对测区内各轨道板逐个承轨台进行测量,由实测三维数据结合设计线形得到线形偏差信息,这些偏差信息能够作为本文所编软件相关计算的基础数据。最后,根据本文所研究算法利用C#语言开发了高速铁路无砟轨道精调扣件精准预配置方案计算软件,并采用该软件对一段无砟轨道的实测数据进行处理。处理结果表明软件可以实现轨道模拟调整量自动计算、采用指定类型扣件完成扣件精准预配置方案计算和精调材料统计,计算结果能够为长钢轨精调材料采购计划提供依据,具有计算效率高,经模拟调整后的轨道静态平顺性指标可满足轨道静态验收标准,可以减少精调材料浪费和精调作业量,因而具有一定的应用价值。

关键词：无砟轨道板轨道平顺性平顺性测量模拟调整量扣件预配置方案长钢轨精调

移动荷载作用下高速铁路桥上无砟轨道多层结构振动研究

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移动荷载作用下高速铁路桥上无砟轨道多层结构振动研究

作者：刘超中南大学

学位级别：硕士

轨道-桥梁系统动力学是铁路工程领域的研究重点与热点,尤其是在高速铁路和重载铁路中,高速铁路桥上无砟轨道结构动力响应限值是桥梁的设计优化的重要控制因素。为了研究轨道-桥梁系统振动响应,将列车子系统视为移动荷载,基于经典的梁理... 详细信息

轨道-桥梁系统动力学是铁路工程领域的研究重点与热点,尤其是在高速铁路和重载铁路中,高速铁路桥上无砟轨道结构动力响应限值是桥梁的设计优化的重要控制因素。为了研究轨道-桥梁系统振动响应,将列车子系统视为移动荷载,基于经典的梁理论和板理论,在简化的模型中用解析法和半解析法对轨道多层结构的动力响应进行分析,揭示轨道-桥梁系统的振动响应规律,对桥上无砟轨道的动力设计具有重要意义。主要研究工作如下:基于经典的细长梁理论建立移动荷载作用下高速铁路桥上无砟轨道多层梁结构动力学模型,通过模态分解等方法,考虑振型的正交性和Schmidt正交化,提出轨道结构多层梁系统在移动荷载作用下的动力响应分析方法并求得解析解,建立桥上轨道多层梁结构振动的统一表示,对一些特殊的边界条件进行具体分析。求解了高速铁路桥上无砟轨道多层梁模型常见情况,即多层简支梁、多层悬臂梁、刚性地基上多层自由梁等动力响应的解析解,并通过与其他文献算例进行对比分析,验证本文提出的求解方法的正确性。通过桥上轨道多层梁结构振动定性分析可知,考虑自由振动和胁迫振动时,高阶模态对整体振动的贡献较小;梁轨体系在任何位置的动力响应挠度值均在荷载到达跨中时达到最大值;层间刚度则通过影响结构的固有频率,进而影响轨道系统各层在胁迫振动作用下的动力响应。基于经典的薄板理论,建立高速铁路桥上无砟轨道移动荷载作用下对边简支对边自由(Simply supported-Free-Free-Simply supported,简称SFFS)双层板动力学模型,通过薄板的莱维解以及傅里叶变换,提出了高速铁路桥上无砟轨道板在移动荷载作用下的动力响应分析方法。通过Newmark-β方法求解高速铁路桥上无砟轨道双层板振动响应,通过控制变量的方法分析轮轨轨距、偏载效应、泊松比效应等对结构振动的影响,研究移动荷载作用下SFFS轨道板-桥梁双层板结构和简支双层梁结构轨道板层振动响应的差异情况。结果表明是否考虑钢轨层作用对轨道板层振动情况影响很小;轮轨轨距、小偏载作用以及当泊松比处在0-0.3之间时候,这些影响因素对轨道板结构振动的影响均较小,在计算中可以忽略。图24幅,表10个,参考文献122篇.

关键词：移动荷载无砟轨道板振动模态参数分析板模型与梁模型对比分析

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螺栓微调用机械臂设计与开发

螺栓微调用机械臂设计与开发

作者：张婷婷南京理工大学

学位级别：硕士

随着高铁普及率增加,无砟轨道技术也在不断的提高,高铁无砟轨道板的精调作为整个高铁能够稳定运行的重要前提条件,必须要严格执行。但是目前轨道板的精调工作均由人工方式协调,不仅消耗较大的人力和时间成本,而且最终实现的调整精度也... 详细信息

随着高铁普及率增加,无砟轨道技术也在不断的提高,高铁无砟轨道板的精调作为整个高铁能够稳定运行的重要前提条件,必须要严格执行。但是目前轨道板的精调工作均由人工方式协调,不仅消耗较大的人力和时间成本,而且最终实现的调整精度也远低于自动化方式。本文通过查阅汽车行业对拧紧轴的发展研究以及多种行业中机械臂的设计方案,设计了一款基于视觉定位的螺栓微调用机械臂,为实现轨道板自动化精调提供一个可行方案。首先本文根据现有技术以及实际应用需求确定设计指标以及总体方案。对机械臂进行末端设计及选型,并通过ANASYS软件对末端主要连接件进行静力学仿真,用力学分析计算验证整体结构的稳定性。其次对视觉定位系统进行相机标定、手眼标定、图像处理与分析,最终计算得到螺栓中心点坐标以及完成套筒扳手与外六角螺栓的形状匹配。接着根据设计的机械臂建立D-H模型,通过蒙特卡洛法仿真其工作空间并简化相关的障碍物空间。对螺栓微调用机械臂进行正逆运动学分析,提出一种基于改进RRT(快速随机扩展树)算法的机械臂路径规划,主要包括目标导向、冗余检测和平滑处理三个方面,最终规划了一条适合机械臂运动的且到达目标位置的相对最优路径。在MATLAB中构建优化算法得出仿真结果,相较于传统RRT,优化后的算法时间降低了44%,路径缩短了18.5%。最后对基于PLC的机械臂控制系统进行设计,包括PLC和伺服电机驱动器选型、地址分配、通信设计和程序框图设计,驱动伺服电机完成路径规划结果,在仿真软件中验证程序设计的可行性。

关键词：无砟轨道板机械臂机器视觉路径规划 PLC

新型纤维复合桁架增强玄武岩纤维RPC无砟轨道板静力性能试验研究

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新型纤维复合桁架增强玄武岩纤维RPC无砟轨道板静力性能试验研究

作者：张冠军扬州大学

学位级别：硕士

高速铁路无砟轨道结构以其稳定性好、耐久性强、维护量小等优点在国内外得到了广泛的应用和发展。无砟轨道板作为无砟轨道结构的重要组成部分,一般采用钢筋混凝土结构,但由于普通混凝土抗拉强度低,耐久性差,很大程度上影响了无砟轨道结... 详细信息

高速铁路无砟轨道结构以其稳定性好、耐久性强、维护量小等优点在国内外得到了广泛的应用和发展。无砟轨道板作为无砟轨道结构的重要组成部分,一般采用钢筋混凝土结构,但由于普通混凝土抗拉强度低,耐久性差,很大程度上影响了无砟轨道结构的发展。活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete,简称RPC）是一种高强高韧性的新型高性能混凝土材料,并且RPC的密实度较高,因此其耐久性和耐腐蚀性也优于普通混凝土。但由于RPC中常用的钢纤维掺料在海洋或盐冻等极端环境下容易出现锈蚀。同时,钢纤维的加入可能还会对高速铁路的轨道电路系统产生影响。采用抗拉强度更高,绝缘性和耐久性更好的玄武岩纤维（Basalt Fiber,简称BF）代替钢纤维制作活性粉末混凝土可以有效避免严酷环境下纤维材料对结构耐久性的影响。纤维增强复合材料（Fiber-Reinforced Polymer,简称FRP）具有强度高、重量轻、电绝缘（除碳纤维外）、耐腐蚀等优点,广泛应用于混凝土结构中。钢-连续纤维增强复合筋（Steel-fiber reinforced polymer composite bar,简称SFCB）在兼具纯FRP筋的优点的同时,还具有更高的刚度。将这两种纤维复合筋与BFRPC结合,设计一种新型纤维复合桁架增强BFRPC无砟轨道板,有望在解决无砟轨道板绝缘问题的基础上,进一步提高无砟轨道板的刚度、承载力以及耐久性,从而满足无砟轨道结构的使用寿命要求。基于上述思想,本文研究了 BFRPC的力学性能以及新型纤维复合桁架增强BFRPC无砟轨道板的静力性能。主要工作和结论如下:（1）对试验所需BFRPC材料进行配合比优化研究。采用单因素分析法,基于玄武岩纤维掺量、水胶比等影响参数,设计一种强度等级在RPC100-RPC120,和易性良好的RPC材料。研究表明,在众多影响参数中,水胶比的影响系数最大,在一定范围内,随着水胶比的降低,BFRPC的抗压强度逐渐增大,但与此同时,拌合物的流动性也随之降低。试验结果表明,当BFRPC的水胶比为0.15,纤维体积掺量为0.2%,胶凝材料占比51%时,BFRPC立方体抗压强度最高,为113.9MPa。（2）在获得最佳配合比的基础上,对BFRPC的基本力学性能进行试验研究。测试BFRPC的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂强度、轴心抗拉强度,抗折强度、受压本构关系等基本力学指标。研究表明,BFRPC的立方体抗压强度为113.2MPa,轴心抗压强度为88.9MPa,轴心抗拉强度为6.83MPa,抗折强度为18.52MPa,劈裂抗拉强度为4.5MPa,弹性模量为38.3GPa,泊松比为0.22,满足规范GB/T31387-2015《活性粉末混凝土》对RPC的力学性能要求。根据单轴受压应力-应变本构模型方程,将试验曲线与理论曲线拟合,提出单轴受压应力-应变全曲线修正公式。（3）无砟轨道板的静力性能试验研究。试验共制备三块足尺寸无砟轨道板,包含一块钢筋桁架增强BFRPC无砟轨道板以及两块新型纤维复合桁架增强BFRPC无砟轨道板。研究表明,钢筋桁架增强BFRPC无砟轨道板的破坏形态为桁架下弦拉断;两块新型纤维复合桁架增强BFRPC无砟轨道板的破坏形态为斜截面弯剪破坏。BFRPC增强的无砟轨道板均满足承载力的要求,并且在限制跨中挠度以及裂缝发展上相比同类型桁架增强普通混凝土无砟轨道板要有明显的优势。此外,BFRPC无砟轨道板在延性和耗能方面也优于普通混凝土无砟轨道板。在试验的基础上,对轨道板的抗剪承载力和挠度进行了计算和对比分析,为后续研究提供理论依据。（4）依据三块足尺寸无砟轨道板的静载试验数据,建立无砟轨道板的有限元模型,通过非线性分析方法研究其破坏形态、承载力和挠度的发展并与试验结果对比,验证所建模型的可靠性。在此基础上,通过改变混凝土强度和配筋率等进行参数分析,探索无砟轨道板在静载作用下刚度和承载力的变化规律。

关键词：玄武岩纤维活性粉末混凝土（BFRPC）玄武岩纤维复合筋（BFRP筋）钢-连续纤维复合筋（SFCB）无砟轨道板静力性能

基于概率需求的高速铁路无砟轨道板温度荷载取值研究Ⅱ:温度梯度作用

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铁道学报 2018年第1期40卷 80-86页

作者：欧祖敏孙璐广东珠三角城际轨道交通有限公司广东广州510308 东南大学交通学院江苏南京210096 美国普林斯顿大学工程与应用科学学院美国新泽西州08544

通过建立轨道板温度荷载的极值概率分布模型来确定其温度荷载的合理取值。利用城市气象资料和轨道板温度场方程计算得到标准厚度轨道板多年的正(负)温度梯度日最大(小)值数据,分析此数据获得正(负)温度梯度日最大(小)值的年概率分布函... 详细信息

通过建立轨道板温度荷载的极值概率分布模型来确定其温度荷载的合理取值。利用城市气象资料和轨道板温度场方程计算得到标准厚度轨道板多年的正(负)温度梯度日最大(小)值数据,分析此数据获得正(负)温度梯度日最大(小)值的年概率分布函数及统计参数,据此建立基于设计基准期和重现期的温度梯度日最值荷载的分位值计算公式,然后给出不同设计基准期温度梯度日最值荷载与保证概率的关系曲线、常用设计基准期、常见保证概率的温度梯度日最值荷载分位值,最后提出代表不同地区的温度梯度日最值荷载标准值的建议值。结果表明:正温度梯度日最大值的年分布,哈尔滨不拒绝极值Ⅰ型分布,北京、沈阳、乌鲁木齐、兰州等地不拒绝威布尔分布,武汉、上海、广州等地不拒绝半边正态分布;负温度梯度日最小值绝对值的年分布,哈尔滨、沈阳、乌鲁木齐、兰州等地不拒绝正态分布,北京、武汉、上海、广州和昆明则不拒绝威布尔分布。

关键词：无砟轨道板温度梯度荷载年分布概率设计基准期分位值