Influência do gradiente de temperatura da via em laje nas respostas dinâmicas do trem

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 14638 (2022) Citar este artigo

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A temperatura é uma carga importante para trilhos sem lastro. No entanto, há pouca pesquisa sobre as respostas dinâmicas do sistema quando um trem viaja em uma via sem lastro sob o gradiente de temperatura da via sem lastro. Considerando o trem em movimento, o gradiente de temperatura da via em laje, a gravidade da via em laje e a não linearidade de contato entre as interfaces da via em laje, um modelo dinâmico para um trem de alta velocidade que percorre a via em laje CRTS III no subleito é desenvolvido por um acoplamento não linear forma no ANSYS. As respostas dinâmicas do sistema sob o gradiente de temperatura da via em laje com diferentes amplitudes são investigadas teoricamente com o modelo. Os resultados mostram que: (1) As proporções da força inicial e tensões causadas pelo gradiente de temperatura da laje da pista são diferentes para diferentes itens de cálculo. A força de tração inicial do fixador e a tensão positiva de flexão da laje têm grandes proporções superiores a 50%. (2) As respostas dinâmicas máximas para via em laje não são uniformes ao longo da via. A tensão máxima de flexão da laje, a aceleração da laje, a aceleração da base do concreto aparecem no meio da laje, na extremidade da laje e na extremidade da base do concreto, respectivamente. (3) As acelerações máximas dos componentes da via aparecem quando a quinta ou sexta roda passa o ponto de medição, e pelo menos dois carros devem ser usados. (4) O gradiente de temperatura da pista de laje tem uma pequena influência na aceleração da carroceria. No entanto, as influências na aceleração da laje, aceleração da base de concreto, força de tração do fixador são grandes e a influência na tensão de flexão da laje é enorme.

Trilho sem lastro é uma tecnologia moderna na ferrovia. Em comparação com a via com lastro, a via sem lastro tem vantagens significativas, como melhor uniformidade de rigidez, excelente integridade, menor custo de manutenção, maior estabilidade de funcionamento e maior durabilidade. Com o desenvolvimento econômico e tecnológico, tem sido amplamente utilizado em todo o mundo1.

Existem quatro tipos principais de trilhos sem lastro usados ​​na China2: o sistema de trilhos ferroviários da China (CRTS) I, II e III, e o trilho duplo sem lastro (DB). As argamassas de cimento asfáltico (CA)3 na pista de laje CRTS I e II, que são facilmente danificadas, são substituídas pelo concreto autoadensável na pista de laje CRTS III4 para reduzir efetivamente o trabalho de manutenção. Desde 2010, muitas ferrovias de alta velocidade na China adotaram a via de laje CRTS III devido ao seu alto desempenho.

Além de suas vantagens, a via sem lastro tem suas limitações. Uma limitação é a influência da carga de temperatura. A Figura 1 mostra o esquema da deformação inicial e da folga causada pelo gradiente de temperatura da via sem lastro. A pista deformada e o gap influenciam negativamente as respostas dinâmicas do sistema e devem ser estudados detalhadamente.

O esquema da deformação inicial e da lacuna causada pelo gradiente de temperatura da via sem lastro.

A carga de temperatura é um tipo de carga vital para a via sem lastro. Muitos estudos foram feitos sobre a distribuição de temperatura na via sem lastro. Ou e Li5 previram o campo de temperatura na pista de laje CRTS II usando uma solução analítica unidimensional. Yang et al.6 estabeleceram um modelo de campo de temperatura tridimensional (3D) da via DB sem lastro considerando a localização geográfica e as condições ambientais para calcular a distribuição de temperatura da via com base nos dados climáticos. Lou et al.7 apresentaram um modelo de ação de temperatura adequado para trilhos sem lastro DB e estrutura de ponte para estudar as regularidades de distribuição dos espectros de temperatura e a relação entre a temperatura atmosférica e a estrutura. Liu et al.8 estudaram a distribuição de temperatura e seus fatores de influência na camada de suporte asfáltico da via de laje CRTS III combinando simulação numérica e medição de campo. Zhao et al.9 construíram um corpo de prova em escala com pista de laje CRTS II em uma ponte de viga em um laboratório para estudar as leis de distribuição de temperatura. Usando material de mudança de fase, Jiang et al.10 projetaram um novo revestimento na pista de laje CRTS II para reduzir o arqueamento da laje causado pela alta temperatura contínua, otimizando os efeitos de isolamento do revestimento com diferentes módulos.