高速鐵路CRTS Ⅱ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)失效分析與傷損試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著我國(guó)鐵路大規(guī)模發(fā)展和深入推進(jìn)，高速鐵路建設(shè)取得了重大進(jìn)展，高速鐵路的建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)全面發(fā)展、快速建設(shè)的新階段。高速鐵路在迅速發(fā)展的同時(shí)也帶來(lái)了問(wèn)題和挑戰(zhàn)，由于在設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中對(duì)復(fù)雜條件下無(wú)砟軌道性能變化研究不足，國(guó)內(nèi)多條線路在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)了一定程度的病害現(xiàn)象，例如混凝土底座開(kāi)裂、軌道板開(kāi)裂、板中隆起、板端翹曲、填充層剝離、碎裂等，嚴(yán)重影響了高速鐵路運(yùn)行的安全。隨著早期建設(shè)的無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)服役期的增長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)維修養(yǎng)護(hù)任務(wù)凸顯出來(lái)，因此

2、無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)病害的分析和研究意義重大。對(duì)無(wú)砟軌道病害機(jī)理進(jìn)行分析研究，明確病害產(chǎn)生和發(fā)展的主要因素，研究成果可以使無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加安全、合理，養(yǎng)護(hù)維修決策更加科學(xué)，對(duì)提高無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的服役壽命，改善結(jié)構(gòu)的使用性能，保障行車(chē)安全，具有重要的社會(huì)意義和廣泛的應(yīng)用前景。本文在總結(jié)前人研究和應(yīng)用成果的基礎(chǔ)上，依托高鐵聯(lián)合基金項(xiàng)目“基于可靠度的高速鐵路無(wú)砟軌道全壽命設(shè)計(jì)理論與方法研究”重大課題，以京滬高速鐵路CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)為研

3、究對(duì)象，采用室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬等手段對(duì)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)開(kāi)展了以下研究工作:
　　首先，利用精細(xì)化模型分析無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，從模型、材料、荷載作用、邊界條件精細(xì)化考慮精細(xì)化模型的建立方法，對(duì)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)受荷最不利位置、潛在失效模式進(jìn)行分析和研究。研究結(jié)果表明:對(duì)于CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，路基基礎(chǔ)上軌道結(jié)構(gòu)的臨界荷位為板端加載，橋梁基礎(chǔ)上軌道結(jié)構(gòu)的臨界荷位為跨中板端加載，軌道板最不利位置位板端板角處，CA砂漿層與支撐

4、層/底座板最不利位置為荷載下方;對(duì)于CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，臨界荷位為板中加載（橋梁基礎(chǔ)上為跨中板中加載），軌道板、CA砂漿層與支撐層/底座板最不利位置均為荷載下方。
　　其次，在既有無(wú)砟結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)由均勻降溫引起的CRTSⅡ型軌道板裂縫以及溫度梯度引起的軌道板與下部支撐結(jié)構(gòu)的離縫進(jìn)行研究。首先對(duì)由均勻降溫引起的軌道板裂縫形成機(jī)理進(jìn)行研究，通過(guò)建立無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)均勻降溫下的開(kāi)裂模型，考慮配筋、下部支撐結(jié)

5、構(gòu)（CA砂漿層或自密實(shí)混凝土層）以及上部扣件系統(tǒng)對(duì)板的收縮變形的約束作用，對(duì)裂縫形成機(jī)理、裂縫影響因素、裂縫對(duì)無(wú)砟軌道板受力影響進(jìn)行分析;然后對(duì)溫度梯度引起的軌道板與下部支撐結(jié)構(gòu)的離縫進(jìn)行研究，基于能量法的軌道板翹曲變形研究，采用富利葉級(jí)數(shù)來(lái)模擬軌道板翹曲過(guò)程中的翹曲曲線，根據(jù)擬Newton迭代算法求得軌道板翹曲曲線方程，對(duì)不同溫度梯度和不同地基系數(shù)下軌道板的翹曲變形量進(jìn)行了分析，探討了降低板角離縫的方法。
　　然后，將可靠度理論

6、應(yīng)用于分析無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的使用安全分析中，首先對(duì)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)在列車(chē)荷載作用下的失效模式進(jìn)行分析，由于無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)是滿(mǎn)足荷載作用下截面抗彎承載能力要求為主，因此考慮板的縱向、橫向彎拉失效模式，建立可靠性指標(biāo)來(lái)反映結(jié)構(gòu)使用風(fēng)險(xiǎn)，判斷失效路徑，實(shí)現(xiàn)定量化的安全評(píng)價(jià)。然后結(jié)合均勻降溫作用下無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂失效分析，研究隨機(jī)參數(shù)下的裂縫間距與裂縫寬度分布特征，建立了基于可靠度的縱連式軌道板在降溫作用下的失效概率分析方法。
　　再次，開(kāi)展了C

7、RTSⅡ型無(wú)砟軌道板在靜力荷載作用下力學(xué)性能試驗(yàn)研究。根據(jù)軌道板受力特點(diǎn)將軌道板按軌下截面試驗(yàn)板、跨中截面試驗(yàn)板和縱向截面試驗(yàn)板分別進(jìn)行承載力試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)靜載作用下的軌道板縱向跨中截面、橫向軌下截面、橫向跨中截面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，重點(diǎn)研究了CRTSⅡ無(wú)砟軌道板裂縫分布特征、失效模式、承載能力以及裂縫寬度計(jì)算方法、截面剛度計(jì)算方法的內(nèi)容。
　　最后，針對(duì)當(dāng)前無(wú)砟軌道板損傷和結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)尚未建立起定量關(guān)系的現(xiàn)狀，通過(guò)室內(nèi)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)(T