高速鐵路CRTS Ⅱ型板式無砟軌道結構失效分析與傷損試驗研究.pdf

1、隨著我國鐵路大規(guī)模發(fā)展和深入推進，高速鐵路建設取得了重大進展，高速鐵路的建設進入了一個全面發(fā)展、快速建設的新階段。高速鐵路在迅速發(fā)展的同時也帶來了問題和挑戰(zhàn)，由于在設計和建造過程中對復雜條件下無砟軌道性能變化研究不足，國內多條線路在運營過程中出現(xiàn)了一定程度的病害現(xiàn)象，例如混凝土底座開裂、軌道板開裂、板中隆起、板端翹曲、填充層剝離、碎裂等，嚴重影響了高速鐵路運行的安全。隨著早期建設的無砟軌道結構服役期的增長，結構維修養(yǎng)護任務凸顯出來，因此

2、無砟軌道結構病害的分析和研究意義重大。對無砟軌道病害機理進行分析研究，明確病害產生和發(fā)展的主要因素，研究成果可以使無砟軌道結構的設計更加安全、合理，養(yǎng)護維修決策更加科學，對提高無砟軌道結構的服役壽命，改善結構的使用性能，保障行車安全，具有重要的社會意義和廣泛的應用前景。本文在總結前人研究和應用成果的基礎上，依托高鐵聯(lián)合基金項目“基于可靠度的高速鐵路無砟軌道全壽命設計理論與方法研究”重大課題，以京滬高速鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道結構為研

3、究對象，采用室內試驗、理論分析和數(shù)值模擬等手段對無砟軌道結構開展了以下研究工作:
　　首先，利用精細化模型分析無砟軌道結構的力學性能，從模型、材料、荷載作用、邊界條件精細化考慮精細化模型的建立方法，對無砟軌道結構受荷最不利位置、潛在失效模式進行分析和研究。研究結果表明:對于CRTSⅡ型板式無砟軌道結構，路基基礎上軌道結構的臨界荷位為板端加載，橋梁基礎上軌道結構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;對于CRTSⅢ型板式無砟軌道結構，臨界荷位為板中加載（橋梁基礎上為跨中板中加載），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，在既有無砟結構溫度效應計算方法的基礎上，重點對由均勻降溫引起的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構的離縫進行研究。首先對由均勻降溫引起的軌道板裂縫形成機理進行研究，通過建立無砟軌道結構均勻降溫下的開裂模型，考慮配筋、下部支撐結

5、構（CA砂漿層或自密實混凝土層）以及上部扣件系統(tǒng)對板的收縮變形的約束作用，對裂縫形成機理、裂縫影響因素、裂縫對無砟軌道板受力影響進行分析;然后對溫度梯度引起的軌道板與下部支撐結構的離縫進行研究，基于能量法的軌道板翹曲變形研究，采用富利葉級數(shù)來模擬軌道板翹曲過程中的翹曲曲線，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、應用于分析無砟軌道結構的使用安全分析中，首先對無砟軌道結構在列車荷載作用下的失效模式進行分析，由于無砟軌道結構是滿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，建立可靠性指標來反映結構使用風險，判斷失效路徑，實現(xiàn)定量化的安全評價。然后結合均勻降溫作用下無砟軌道結構的開裂失效分析，研究隨機參數(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，開展了C

7、RTSⅡ型無砟軌道板在靜力荷載作用下力學性能試驗研究。根據(jù)軌道板受力特點將軌道板按軌下截面試驗板、跨中截面試驗板和縱向截面試驗板分別進行承載力試驗，通過對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數(shù)據(jù)分析，重點研究了CRTSⅡ無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算方法、截面剛度計算方法的內容。
　　最后，針對當前無砟軌道板損傷和結構力學響應尚未建立起定量關系的現(xiàn)狀，通過室內三點彎曲試驗(T