無砟軌道道床板混凝土斷裂參數(shù)研究.pdf

1、雙塊式無砟軌道是國內(nèi)外高速鐵路應(yīng)用范圍最廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一，已經(jīng)在武廣鄭西等客運(yùn)專線中得到了實(shí)際的工程應(yīng)用。道床板是雙塊式無砟軌道的重要組成部分。實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)道床板混凝土開裂現(xiàn)象在某些路段較為嚴(yán)重，其裂縫寬度和間距超過現(xiàn)行技術(shù)條件要求，嚴(yán)重影響了無砟軌道的工程質(zhì)量，降低了其使用壽命，并造成了一定的安全隱患。影響道床板連續(xù)澆筑混凝土開裂的因素眾多，各階段裂縫形成機(jī)理也不盡相同。道床板開裂形成裂縫屬于斷裂力學(xué)中Ⅰ型斷裂情況，混凝土原生的和受

2、損而形成的微裂紋在多種因素綜合形成的應(yīng)力場作用下不斷擴(kuò)展、交匯并貫通，最終形成了肉眼可見的宏觀裂縫，而有的宏觀裂縫也會不斷擴(kuò)展，可能會形成道床板的橫向貫通裂縫，造成斷裂。本文基于修正了的線彈性斷裂力學(xué)結(jié)合相關(guān)的斷裂試驗(yàn)，對道床板混凝土的斷裂參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究，分析探究了斷裂參數(shù)的計(jì)算方法，并對斷裂參數(shù)的材料特性進(jìn)行了相關(guān)的分析，從而為道床板的抗裂優(yōu)化設(shè)計(jì)及其養(yǎng)護(hù)維修提供設(shè)計(jì)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。為此，本文主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　

3、 1.在Hiliemeier和Hilsdorf等學(xué)者的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合本校的實(shí)驗(yàn)室條件自行設(shè)計(jì)了楔入式拉伸的斷裂試驗(yàn)方法，可以對斷裂試件實(shí)現(xiàn)較為平穩(wěn)的斷裂過程，數(shù)據(jù)采集可實(shí)現(xiàn)多通道精準(zhǔn)同步且數(shù)據(jù)量豐富。
　　 2.通過斷裂試驗(yàn)觀察了混凝土斷裂過程中預(yù)制裂縫逐步擴(kuò)展直至試件斷裂的全過程，實(shí)測的荷載.裂縫口張開位移(P-CMOD)曲線形式表明混凝土斷裂是一個典型的非線性過程；從該曲線上確定了斷裂的峰值荷載和裂縫口極限張開位移。同時布

4、置在裂縫口尖端兩側(cè)的應(yīng)變片可以監(jiān)測到試件的起裂荷載，該方法簡單可行。
　　 3.通過試驗(yàn)實(shí)測的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)合雙K斷裂理論計(jì)算出了起裂韌度和斷裂韌度的試驗(yàn)解。本文還探討了通過混凝土本構(gòu)關(guān)系得出起裂韌度的解析解，結(jié)果發(fā)現(xiàn)解析解要比試驗(yàn)解偏大。
　　 4.實(shí)測的P-CMOD尾部不夠完整，為了求解曲線包圍面積，對P-CMOD曲線的尾部采用冪函數(shù)進(jìn)行了擬合，選取擬合的局部曲線擬合相關(guān)達(dá)99％。對整體曲線進(jìn)行了分部積分，從而求得完整的

5、P-CMOD曲線包圍面積，由此根據(jù)相關(guān)理論計(jì)算出了混凝土的斷裂能大小。
　　 5.在基準(zhǔn)混凝土配合比的基礎(chǔ)上，通過改變膠凝材料和粗細(xì)骨料組成設(shè)計(jì)了四組不同的配合比(C1～C4)。分析比較了四組不同混凝土的。Pini、Pmax、CMODini、CMODc的變化特征。計(jì)算出了不同配合比混凝土的雙K斷裂參數(shù)，分析了斷裂參數(shù)隨齡期、強(qiáng)度等參數(shù)的變化特征并進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)值擬合。
　　 6.在分析了斷裂能的單參數(shù)影響的基礎(chǔ)上，本文根

6、據(jù)量綱分析的方法提出了以立方體抗壓強(qiáng)度fcu、骨料最大粒徑dmax、水灰比w/c這三個參數(shù)為自變量的混凝土斷裂能預(yù)測模型，通過多參數(shù)非線性的回歸分析，得出該模型的關(guān)系式。
　　 7.通過綜合的分析與計(jì)算，本文認(rèn)為滿足無砟軌道道床板施工和結(jié)構(gòu)要求的混凝土的斷裂參數(shù)主要分布在以下范圍內(nèi)：起裂韌度為0.01～0.10MPam1/2，失穩(wěn)韌度為0.49～0.84MPam1/2，斷裂能為230N/m～280 N/m，且斷裂參數(shù)的值越大表明