• 高速鐵路無砟軌道溫度效應控制理論、關鍵技術與應用

    發布時間:2020-08-03 【字體:

      

           無砟軌道具有高平順、高穩定、少維修等突出優點,在我國高速鐵路工程中得到廣泛應用。無砟軌道作為一種帶狀、多層、薄板的混凝土結構,溫度變化產生的熱脹冷縮和翹曲變形直接影響到軌道結構的穩定性和平順性。我國高速鐵路跨越了多個氣候帶,采用了多種形式的無砟軌道結構,不同應用環境下熱量在無砟軌道內部的傳遞規律極為復雜,無砟軌道內部溫度分布存在較強的不均勻性和時變特性。在復雜的溫度荷載和高速列車荷載耦合作用下,無砟軌道結構性能劣化在所難免,掌握無砟軌道結構的荷載效應規律和傷損演化機理,是無砟軌道溫度效應控制的基礎。高速鐵路實行夜間天窗養修作業模式,傳統的檢測和維修方法無法滿足無砟軌道溫度效應引起的隱蔽性傷損的檢修需求,面臨無砟軌道服役狀態可控性難題。

      項目實施前,國內外對無砟軌道內部溫度分布時空特征和熱能累積規律、多因素耦合作用下的荷載效應規律和傷損演化機理、溫度變形控制與傷損檢測和修復等無砟軌道溫度效應理論和技術研究較少,對于建造和運營期無砟軌道溫度效應的影響考慮不足,缺乏依據。為此,項目組歷經十余年的理論與技術創新,構建了具有自主知識產權的高速鐵路無砟軌道溫度效應控制理論、關鍵技術與應用體系。

      1.基于傳熱學理論和海量監測數據的融合分析,揭示了熱輻射、熱對流、熱傳導三者耦合影響下的無砟軌道與外界環境熱能傳遞機理,掌握了無砟軌道溫度分布時空特征和熱能累積規律。明確了不同形式無砟軌道對溫度區域的適應性,提出了我國高速鐵路無砟軌道溫度分區和溫度荷載參數合理取值,相關成果納入《高速鐵路設計規范》。

      2.建立了考慮高速列車和融合材料、結構非線性本構關系等關鍵影響因素的無砟軌道熱-力耦合精細化分析方法,闡明了高速列車與溫度荷載耦合作用下帶狀多層無砟軌道薄板結構的荷載效應規律。揭示了無砟軌道典型傷損產生及演化機理,指導了《高速鐵路無砟軌道線路維修規則(試行)》的制定。

      3.提出了結構“抗力提升”與“作用減小”相結合的無砟軌道溫度效應控制理論,創新了無砟軌道隱蔽性傷損快速檢測技術,構建了無砟軌道結構溫度變形控制與傷損修復技術體系。成功應用于我國多條高速鐵路無砟軌道工程建設和運營維護。

      項目獲發明專利12項、實用新型專利9項,形成技術規程3項,發表學術論文87篇。成果通過中國鐵路總公司技術評審,總體達到了國際先進水平。

      項目提出的無砟軌道溫度區域劃分及溫度荷載取值已成為行業標準,在我國高速鐵路無砟軌道設計中廣泛應用。研發的無砟軌道溫度場及溫度效應監測系統在京滬、哈大、滬杭、廣深港等十余條無砟軌道線路上應用。形成的3項技術規程在北京局、濟南局、上海局等14家單位應用,指導了高速鐵路無砟軌道線路運營維護,為高鐵安全運營提供了技術保障。成果應用近三年新增銷售收入1.3億元,節支8500萬元,社會和經濟效益顯著。

      本項目獲2019年度中國鐵道學會科學技術獎特等獎。

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