文摘

无渣轨道的变形行为对他们的服务性能有重要的影响。在这个工作中,橡胶垫常用在地铁交通被无渣轨道铺设桥梁改善变形行为。为了研究橡胶垫变形行为的影响,进行一系列的静态加载试验基于两个全面无渣轨道在不同类型的隔离层。主要结论包括,碴轨道与土工布隔离层,差距和空洞形成夹层增加静载荷。然而,对于碴轨道与橡胶垫隔离层,厚度方向的最大拉伸变形unexceeds橡胶垫的预加压力下其上部结构的自重。层间差距和空洞可以消除由于橡胶垫的预加压力。此外,橡胶垫隔离层仍在常规服务条件下的线性弹性阶段,和层间无渣轨道表现良好的行为。这是一个可行的方式使用橡胶垫隔离层改善无渣轨道放置在桥梁的变形行为。

1。介绍

高速铁路是近年来迅速发展;作为一个典型的轨道结构模式,无渣轨道被广泛应用于高速铁路,尤其是在中国(1]。当然,提出更高的要求为无渣轨道高速铁路技术的发展(2- - - - - -5]。传统的碴轨道通常由rails,跟踪板,自密实混凝土层或水泥沥青砂浆层、隔离层、和底座(图1)。如今,一些修改传统的碴轨道已经开发获得更高承载力系统同时增加其耐用性(6]。作为一种铁路弹性元素,一个隔离层之间的变形协调降低结构和无渣轨道,实现隔离为促进维护(7]。隔离层的合理调整是一种改善结构性能碴轨道。常用的隔离层无渣轨道包括三元乙丙橡胶隔离层(乙烯丙烯二烯单体),土工布隔离层,等等(图2)[8,9]。由于缺乏厚度,这些隔离层很难压缩和弹性性能不突出。他们主要的层间隔离和没有调节对层间变形的影响。特别重要的识别利用新隔离层的影响提高碴轨道放置在桥梁变形行为。

提高铁路货运和列车运行速度,许多国家已经把一些弹性的元素融入铁路系统的标准实践(10- - - - - -12]。橡胶垫是必不可少的在一些地区如有压载的轨道隧道和桥梁弹性组件是一定需要的地方铁路结构来减少压力子结构振动和噪音水平由于橡胶材料的变形能力和机械能耗散(13,14]。主要被应用于有压载的追踪、橡胶subballasted垫增长作为一个可行的和有效的解决方案来保证可靠的属性有压载的跟踪(15- - - - - -17]。在这方面,它是一种试图使用橡胶垫作为隔离层无渣轨道铺设在桥上改善其变形行为。合理的安排隔离层间无渣轨道可以减少相关的差距和空洞在夹层等缺陷。值得把橡胶垫在地铁交通运输常用的隔离层无渣轨道(图改善变形行为3)。

在这个研究中,一种橡胶垫是采用无跟踪实现层间隔离和常规服务条件下变形调整碴轨道。在这种背景下,进行一系列全面的实验室测试研究的变形特征无渣轨道铺设桥梁。此外,减少层间变形不一致的措施探讨。

2。全面的实验室检测

2.1。测试对象和材料

在本研究中,两组进行了全面的静载荷测试演示使用橡胶垫的可行性改善无渣轨道的行为。两全面无渣轨道浇混凝土桥面的简支箱梁在实验室(图4)。简支箱梁的结构和这些无渣轨道铺设的位置简支箱梁在图所示5,可以找到更多的信息(18]。

无渣轨道的结构细节用于这项工作表中列出1。

值得注意的是这两个全面的类型的隔离层无渣轨道是不同的。一个是土工布隔离层,贴上“标准装配;另一种是一种橡胶垫,并贴上“subballasted垫”。材料的主要参数在表列出这两个隔离层2。

目前,主要关注指标的土工布材料撕裂强度、抗拉强度,等等。然而,它的抗压性能是很少考虑实际工程由于其薄厚度。subballasted橡胶垫,其材料特性通常是衡量的标准测试标本,可以保证材料本身的属性(19,20.]。然而,橡胶的相应指标subballasted垫不能真正反映只有通过标准测试标本由于其不规则的形状(图6)。常用的橡胶subballasted垫通常有15∼30毫米的厚度,而他们的水平尺寸取决于施工过程中技术开发。目前,有多种产品规格根据橡胶垫的厚度和硬度。subballasted垫层模量定义的C_d(N /毫米³);一系列的橡胶垫的厚度27毫米,床上用品设计模数为0.025 N /毫米³选择在这工作为进一步研究。橡胶subballasted垫作为隔离层在这项研究有一个不规则的形状,它由两层组成:(i)均匀分布载荷的分布层;这是一块橡胶平板状结构,其厚度是10毫米;(2)一个弹性层抑制负载;它是一组均匀排列的圆形截锥橡胶结构,和它的厚度是17毫米。橡胶的结构subballast垫用于这项工作图所示6。

2.2。测量方法和传感器安排

在这个工作中,两种测量传感器是用来测量层间垂直变形碴轨道,即埋入式应变计和埋置jointmeter。由于这些测量传感器的测量范围的差异,埋入式应变计是用来测量碴轨道的层间变形与土工布隔离层,和埋置jointmeters是用来衡量碴轨道的层间变形与橡胶垫隔离层。

首先,较低的测量传感器固定在底座上钢筋,和他们保持垂直混凝土在浇注过程中底板。然后,测量传感器垂直通过隔离层。接下来,上面的测量传感器被放置在一个跟踪板,和他们合并跟踪板钢筋。最后,混凝土轨道板倒,垂直层间位移的高精度测量是实现。碴轨道的橡胶垫隔离层,垂直形变碴轨道足够大的夹层埋置jointmeters直接测量。然而,对于碴轨道与土工布隔离层,垂直变形在夹层是非常小的直接测量。因此,应变夹层埋入式应变计测量,然后,在夹层可以推导出实际的垂直变形的应变测量数据。埋入式应变计的布局和埋置jointmeters图所示7。

两个全面无渣轨道,六埋入式应变计、六埋置jointmeters排列之间的隔离层,分别。此外,安排和命名法这两种测量传感器的全面无渣轨道是一样的。层间变形测量传感器的安排在图所示8。

此外,一系列的钢应变仪连接在底座的上部和下部钢棒和跟踪板,和一组混凝土应变仪安排附近的基板的上下表面和跟踪板。在此基础上,这两个全面无渣轨道的压力水平与不同的隔离层进行测试,和影响无渣轨道可以根据压力变化。这些应变仪的安排在图所示9。

2.3。测试程序

这两个全面无渣轨道维护后完成,进行一系列的静态加载测试。此外,静态加载测试分为两个测试条件:在纵向端加载或纵向中心无渣轨道,分别。为每个测试条件进行三个测试。静态加载的轴负载来模拟高速列车,和最大的测试负载425 kN,火车车轴载荷的2.5倍(170 kN)。整个静态加载过程分为十个阶段,每个阶段之间的间隔30分钟。静态加载试验重复三次独立的每个测试条件。在静载荷测试,使用液压千斤顶加载阶段,和负载细胞安排杰克和反应之间的帧实时反映实际加载水平。此外,在测试期间加载的速度不超过1 kN / s。每个加载阶段完成后和稳定30分钟,这些测量传感器的值记录。静态加载过程和装运设备如图10。

3所示。测试结果

3.1。应力水平的无痕迹

每个组件的压力值的碴轨道在不同加载条件下分别记录。无渣轨道的应力分布是非常简单的静态载荷作用下,和最不利应力出现在加载位置。详细,每个组件的最大应力测试结果总结,如表所示3和4。

正如上面所示的表3和4这两个静态测试加载条件下,每个组件的压力水平的两个全面无渣轨道非常低。轨道板的应力水平与橡胶垫隔离层略高于与土工布隔离层。然而,混凝土底板的应力变化规律恰恰是相反的轨道板由于隔离层的不同安排。在静载荷下,当地的压缩变形的橡胶垫隔离层是更重要的比土工布隔离层。因此,轨道板在橡胶垫隔离层正在经历大的弯曲变形。此外,碴轨道弯曲变形导致不同的应力分布与不同的隔离层。幸运的是,碴轨道通常由钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构,其材料强度高,它有一个特定的抗开裂能力。有点压力碴轨道的变化安排造成的橡胶垫隔离层不会产生重大影响无渣轨道,和碴轨道结构的安全可以得到保证。

3.2。无渣轨道的变形行为

碴轨道的层间变形不仅影响高速铁路的平滑度,也影响耐久性碴轨道。在这个工作中,两个静态加载条件进行全面无渣轨道与土工布隔离层或橡胶垫隔离层研究层间变形特征。测试结果的两个全面无渣轨道这两个静态试验加载条件下进行了总结和分析如下。

条件1。静态加载在纵向碴轨道。
在纵向有一个静态加载结束碴轨道,这是旁边传感器3 - 1和3 - 2。每个测量传感器的测试结果在两个全面无渣轨道如图11在夹层,负值表示压缩变形和积极的价值观代表在夹层拉伸变形。
图11显示碴轨道的层间变形与土工布隔离层或橡胶垫隔离层在纵向静载荷下的跟踪板。的层间变形这两个全面无渣轨道在装载位置很大,而无渣轨道远离加载的位置很小。此外,这两个无渣轨道的层间变形与静态载荷的增加线性增加。碴轨道的土工布隔离层,层间变形很小,只有1/10的层间变形碴轨道与橡胶垫隔离层。更重要的是,轨道板的纵向边缘更容易变形。此外,碴轨道的橡胶垫隔离层,与静载荷的增加,拉伸变形在厚度方向上的隔离层往往形成其他纵向跟踪板年底远离加载位置。

条件2。静态加载碴轨道纵向中心。
两个全面无渣轨道与橡胶垫隔离层或土工布隔离层,进行静载荷测试碴轨道纵向中心,靠近传感器2 - 1和2 - 2。测量传感器的变形结果如图所示12。
从图12的层间变形无渣轨道与静态载荷的增加线性增加。此外,土工布隔离层的变形更小比橡胶垫隔离层,,很难判断是否有缺口或空洞形成夹层碴轨道的土工布隔离层由于其几乎可以忽略的压缩变形。橡胶垫隔离层仍在liner-elastic状态,和橡胶垫的变形特征表现良好。然而,对于碴轨道与橡胶垫隔离层,与静载荷的增加,拉伸变形发生在夹层的碴轨道远离加载位置。是否就可以形成缺口和空洞与橡胶垫的预加压力下无谓的上层结构,这是在以后的章节中进一步分析。

4所示。讨论

4.1。无渣轨道的变形特征

混凝土底座连接与嵌入钢桥面的酒吧。底座和桥面之间的连接是公司,可以一起变形。然而,轨道板是由直接到隔离层浇注混凝土底座之上,也没有跟踪板和底板之间的约束力,导致两层间变形不一致,如缺口和空洞。

不考虑变形的隔离层,每个组件的变形特性的碴轨道推导出如下。

挠度 ,旋转 ,和曲率的主要桥梁或无渣轨道可以表示如下:

它可以被认为是底座和桥面很好地连接,底板之间的变形和桥面可以协调。也就是说,

在公式(2),和用来表示的主要桥梁和混凝土底座,分别。

混凝土底板的变形是一致的与桥的主梁,及其挠度平衡方程可以表示为

轨道板和混凝土底座完全分开的隔离层。轨道板的偏转平衡方程可以表示为

在公式(4),用于表示轨道板。

此外,无渣轨道铺设桥梁通常是不连续的,最后有一个裂缝碴轨道,轨道板的位置

在公式(5),裂纹的位置。

然而,

考虑轨道板的抗弯刚度 , 不容忽视;也就是说, 。因为 ,轨道板, 当然可以。

桥是一个连续的挠度曲线方程和曲率的桥是一个连续函数或者分段连续函数。因此,对于板的主要桥梁和基地, ,然后, , 。作为一个结果, ;除此之外, , 。

总之,轨道板铺设在桥梁的变形不是一模一样的主要桥梁。对桥梁、无渣轨道铺设不考虑隔离层的压缩变形,变形的协调主要桥和轨道板之间是不能实现的。也就是说,这是不可避免的,会有缺口和轨道板之间的空隙形成和混凝土底板的碴轨道与土工布隔离层。

4.2。变形在夹层碴轨道

隔离层的合理安排碴轨道是一种有效的方法避免跟踪板和主要桥之间的变形不一致。在操作过程中,层间拉伸变形不超过常规服务条件下的预加压力隔离层和夹层碴轨道简洁充满隔离层,以提高碴轨道的应力状态,减缓恶化碴轨道,提高无渣轨道的变形行为。土工织物或三元乙丙橡胶隔离层常用的无渣轨道铁路路基,其厚度很薄(小于4毫米),和这些隔离层的压缩变形可以几乎被忽视在其上部结构的自重。碴轨道时这些隔离层铺设桥等刚性基础结构,它是高度会有缺口和跟踪板和底板之间的空洞形成。橡胶垫作为隔离层,其厚度总是大(15∼30毫米)和抗压刚度可以准确地获得根据其床上用品模量。它可以认为橡胶垫作为隔离层的均匀压缩,和它的预加压力大约是0.4毫米无谓的上层结构。

对于中国的高速列车,标准列车轴负载170 kN,火车车轴负荷的控制荷载作用于子结构是255 kN (170 kN的1.5倍)。上面的负载水平的作用下,变形碴轨道意义重大。认为这些变形基本指标评估对高速列车运行的影响。因此,最大压缩和拉伸变形在夹层碴跟踪表中列出5。

在表5255 kN的标准轴负载下,最大压缩和拉伸变形碴轨道的夹层橡胶垫隔离层1.70毫米和0.23毫米,分别。最大拉伸变形不超过预先压缩下的橡胶垫隔离层(0.4毫米)无谓的上层结构。此外,最大压缩变形在夹层也满足跟踪不规则的限制(2毫米)9]。结果,不会有碴轨道的差距和空隙形成夹层橡胶垫隔离层,这使得增加耐用性和质量碴轨道。与此同时,橡胶垫隔离层的安排不会有对高速列车运行产生重大影响。碴轨道的土工布隔离层,夹层的最大压缩和拉伸变形小。不足为奇的是,测试数据压缩和拉伸变形的夹层是离散的。

5。结论

隔离层的合理安排可以提高无渣轨道放置在桥梁的变形行为。橡胶垫应用于无渣轨道铺设在高速铁路桥梁作为隔离层实现层间隔离和变形协调。两个全面的静载荷测试无渣轨道与橡胶垫隔离层或土工布隔离层进行了。主要结论如下:(1)板无渣轨道铺设的刚性基础,如桥梁、不考虑隔离层的预加压力,就可以形成缺口和空洞的夹层碴轨道。(2)橡胶垫的应用减少差距的可能性和空洞形成夹层碴轨道。与此同时,橡胶垫的应用对碴轨道应力分布有轻微影响,但可以保证安全性和可靠性碴轨道。(3)在常规服务条件下,橡胶垫仍处于弹性工作状态,和层间变形碴轨道表现良好。拉伸和压缩变形的橡胶垫隔离层更明显比土工布隔离层,仍然满足有关规范的要求。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究受到了中央大学的基础研究基金中南大学(2017 zzts155)。作者要感谢提供的金融赞助中国铁路公司(2015 g001-g)。