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无碴轨道设计理论与工艺装备研究

作　者: 金守华
导　师: 陈秀方；王星华
学　校: 中南大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 客运专线无碴轨道设计理论施工工艺施工设备 CA砂浆
分类号: U213.244
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 216次
引　用: 3次
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内容摘要

目前,我国客运专线建设的高潮已经兴起,无碴轨道技术作为客运专线修建技术的重要组成部分,将得到广泛应用。我国无碴轨道结构的研究和应用起步较早,但由于延续性差、理论基础薄弱、系统集成水平低、工程实践少,目前还没有形成规范的轨道结构设计、施工和养护维修体系。研究和掌握无碴轨道的设计方法、施工工艺和装备,是我国铁道工程技术人员正面临的重要和紧迫的任务。本文在如下几方面展开了研究:(1)对无碴轨道设计理论进行了系统研究。研究了轨道结构设计基本流程及内容;分别采用叠合梁模型、梁-板-板有限元模型及空间实体有限元模型对板式无碴轨道轨道板结构进行了对比分析,采用空间实体有限元模型分析了轨道板的翘曲变形;考虑列车荷载、温度荷载、混凝土收缩和下部基础的变形,对双块式无碴轨道道床板结构进行了分析。(2)根据客运专线轨道结构、运输模式、列车速度等因素的特殊性,研究了客运专线曲线超高的选择与设置方法、最小曲线半径和最大曲线半径的选择方法。基于大量试验数据,确定了客运专线U75V、U71Mn(K)和U71Mn钢轨强度;以秦沈客运专线轨检车实测轨道不平顺数据为统计样本,对无碴和有碴轨道不平顺进行了对比分析,并拟合了客运专线轨道不平顺功率谱曲线表达式。(3)研究了双块式无碴轨道施工成套技术和设备,包括无碴轨道施工测量设备的选择及测量技术;不同结构物(路基、桥梁、隧道及岔区等)上无碴轨道标准化施工作业流程及物流组织设计;根据不同结构物上无碴轨道的设计要求,结合施工成套装备,提出系统施工工艺及质量控制流程,并编制无碴轨道施工作业指导书;开展现浇混凝土运输、灌注、振捣及养生工艺及质量控制的研究;完成无碴轨道制造、检测成套装备的国产化研发,并提出无碴轨道制造工艺及质量控制措施;完成无碴轨道施工成套装备的国产化研发,并提出无碴轨道施工工艺及质量控制措施。(4)对影响无碴轨道的测量系统进行了规划和研究,制定了分步优化,逐步实现轨道精度的工作思路,提出粗调机、精调测量系统的精度分析,对精调测量系统的评价提出了具体的建议。(5)从CA砂浆垫层的功能要求出发,比较国产和日本的CA砂浆性能,阐述了CA砂浆及专用乳化沥青的关键技术。通过对CA砂浆集料性质的反演,研究集料的特性,进行混合料设计和性能分析,确定新材料的包容性;使用高分子聚合物材料作为添加剂进行沥青改性,提高沥青的结构—力学性能;设计适应不同温度地区使用的材料配方和添加剂:指出CA砂浆的制备和施工设备必须专业化,以满足大规模生产和施工稳定CA砂浆质量的要求。建议从使用性能出发,建立CA砂浆的质量检验标准体系。本文的研究成果对提高我国客运专线无碴轨道的设计理论、施工工艺、施工装备和施工质量具有重要工程实用价值。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-71
  1.1 研究目的和意义  14-17
  1.2 世界铁路发展现状  17-19
  1.3 我国铁路研究的基本成果  19-22
  1.4 国外无碴轨道主要结构型式  22-46
    1.4.1 日本板式轨道  22-28
    1.4.2 德国无碴轨道  28-39
    1.4.3 瑞士弹性支承块式无碴轨道(LVT轨道)  39
    1.4.4 英国铁路无碴轨道  39-41
    1.4.5 法国铁路无碴轨道  41-42
    1.4.6 意大利铁路无碴轨道  42
    1.4.7 前苏联铁路土路基上钢筋混凝土梁式无碴轨道  42-43
    1.4.8 奥地利铁路土路基上梁式钢筋混凝土道床轨道  43-44
    1.4.9 美国铁路土路基上板块式钢筋混凝土道床轨道  44-46
  1.5 国内无碴轨道主要型式  46-68
    1.5.1 发展概况  46-47
    1.5.2 刚性支承块式无碴轨道  47-51
    1.5.3 弹性支承块式无碴轨道  51-54
    1.5.4 长轨枕埋入式无碴轨道  54-56
    1.5.5 双块式无碴轨道  56-57
    1.5.6 板式无碴轨道  57-60
    1.5.7 土路基上无碴轨道  60-68
  1.6 研究中的主要困难  68-69
  1.7 研究的主要内容  69-70
  1.8 研究思路  70-71
第二章无碴轨道结构设计理论体系研究  71-112
  2.1 引言  71
  2.2 轨道结构设计的目的  71
  2.3 轨道结构设计理论  71-72
  2.4 轨道结构设计基本流程及内容  72-81
    2.4.1 轨道结构基本设计的流程  73-75
    2.4.2 轨道基本设计的内容  75-77
    2.4.3 轨道结构设计的限制条件  77-79
    2.4.4 轨道结构设计的构成与关系  79-81
  2.5 板式无碴轨道轨道板结构计算  81-93
    2.5.1 板式轨道的基本计算模型  81
    2.5.2 弹性叠合梁模型  81-86
    2.5.3 梁-板-板有限元模型  86-88
    2.5.4 空间实体模型  88-90
    2.5.5 板式轨道翘曲分析  90-93
  2.6 双块式无碴轨道道床板结构计算  93-110
    2.6.1 列车荷载作用下的力学计算  93-102
    2.6.2 温度荷载作用下伸缩力计算  102-106
    2.6.3 混凝土收缩对道床板的应力计算  106-107
    2.6.4 线下基础变形对道床板的应力计算  107-108
    2.6.5 路基上双块式无碴轨道道床板结构计算  108-110
  2.7 小结  110-112
第三章客运专线无碴轨道设计参数研究  112-145
  3.1 引言  112
  3.2 线路设计参数研究  112-117
    3.2.1 曲线超高的选择与设置  112-114
    3.2.2 最小曲线半径的选择  114-117
    3.2.3 最大曲线半径的选择  117
  3.3 轨道设计参数研究  117-144
    3.3.1 客运专线钢轨强度的确定  117-137
    3.3.2 客运专线无碴轨道不平顺功率谱分析  137-144
  3.4 小结  144-145
第四章无碴轨道的施工工艺与装备研究  145-209
  4.1 引言  145-146
  4.2 两种无碴轨道体系的施工  146-156
    4.2.1 板式轨道的施工流程  147-150
    4.2.2 枕式轨道的施工流程  150-154
    4.2.3 不同施工方法的评述  154-156
  4.3 武广客运专线无碴轨道的施工方法  156-180
    4.3.1 国内外轨枕式无碴轨道的施工分析  156-161
    4.3.2 施工工艺  161-168
    4.3.3 施工流程  168-177
    4.3.4 基本流程和施工效率  177-180
  4.4 基本技术条件  180-207
    4.4.1 施工设备的通用条件  180-181
    4.4.2 施工设备的专用条件  181-207
  4.5 小结  207-209
第五章轨道测量系统和调整设备的研发  209-257
  5.1 引言  209
  5.2 高速铁路无碴轨道的质量标准对测量系统的要求  209-219
    5.2.1 我国铁路轨道铺设精度要求  209-210
    5.2.2 德国的无碴轨道验收标准  210-213
    5.2.3 测量控制网  213-219
  5.3 粗调机的研制  219-231
    5.3.1 RP1500型粗调机的构造和组成  219-222
    5.3.2 粗调工作过程  222-225
    5.3.3 粗调机适用的轨道线路参数  225-227
    5.3.4 GPT50型双块式轨排粗调机组  227
    5.3.5 粗调机精度分析  227-231
  5.4 精调检测小车  231-239
    5.4.1 国外的无碴轨道专业精调检测小车  231-233
    5.4.2 EGS-1123无碴轨道专业精调检测小车  233-234
    5.4.3 JTGJC-T-1型精调检测小车  234-237
    5.4.4 轨道精测和调整流程  237-239
  5.5 客运专线无碴轨道精调小车测量原理和误差分析  239-256
    5.5.1 精调小车测量方案及其原理  239-241
    5.5.2 绝对误差分析  241-244
    5.5.3 相对误差分析  244-246
    5.5.4 实验验证  246-250
    5.5.5 精测系统的比对测试  250-256
  5.6 小结  256-257
第六章板式无碴轨道CA砂浆材料试验研究  257-265
  6.1 引言  257
  6.2 国外铁路CA砂浆技术  257-258
  6.3 我国铁路CA砂浆技术的开发  258-260
  6.4 专用乳化沥青的研究  260-263
    6.4.1 沥青与沥青的改性  260-261
    6.4.2 阳离子型乳化沥青是乳化剂的基本选择  261
    6.4.3 乳化沥青储存运输过程中的沉降预防  261-262
    6.4.4 乳化沥青的生产方式  262
    6.4.5 乳剂专用制造设备的配备  262-263
  6.5 今后的研究方向  263-264
  6.6 小结  264-265
第七章结论与建议  265-269
  7.1 本文完成的工作与结论  265-267
  7.2 本文的主要创新之处  267-268
  7.3 今后努力的方向  268-269
参考文献  269-279
致谢  279-281
攻读学位期间的主要研究成果  281-284
附图1  284-285
附图2  285

无碴轨道设计理论与工艺装备研究

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