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基于可靠度的CRTSⅡ型无砟轨道轨道板耐久性研究
| 论文题名： | 基于可靠度的CRTSⅡ型无砟轨道轨道板耐久性研究 |
| 关键词： | 无砟轨道;失效模式;耐久性评估;疲劳破坏;可靠性分析 |
| 摘要： | 无砟轨道主要为钢筋混凝土结构,长期受到列车高速度高密度的反复作用以及温度变化和外界环境的影响,随着时间的积累,轨道结构的性能会逐渐劣化,出现耐久性失效问题。本文总结了国内外无砟轨道出现的耐久性问题以及无砟轨道耐久性研究的现状,提出了基于可靠度分析结果的无砟轨道耐久性评估方法,主要针对无砟轨道耐久性问题中的疲劳破坏、裂缝宽度过大及混凝土碳化三个方面,分别建立耐久性失效模式,计算在不同失效模式下的可靠度及失效概率,以此作为无砟轨道耐久性评估的依据。 在结构可靠性分析时,随机输入变量数据的获取对可靠性分析结果十分重要,结构可靠性分析中所用到的设计变量,需要通过很多次实验测定的实际数据经过统计检验后得到的统计量。本文通过搜集CRTSⅡ型轨道板静载试验下的开裂弯矩数据并进行统计检验获得了轨道板开裂弯矩的统计特征;运用有限元软件仿真模拟铁道车辆在无砟轨道上的运行状态,采集无砟轨道轮轨力的时间历程,经过统计检验轮轨力的时间历程数据,获得其统计特征,作为可靠性分析时的荷载设计变量。 运用有限元软件ANSYS进行CRTSⅡ型无砟轨道静力有限元参数化建模,考虑实际边界条件,进行有限元计算并验证结果的正确性,并以参数化的静力有限元分析过程作为轨道板可靠度的分析文件。考虑列车荷载和温度荷载的耦合作用,在分析轨道板疲劳破坏机理以及开裂机理的基础上,确定了轨道板疲劳破坏及裂缝宽度过大相对应的耐久性失效功能函数;考虑环境对无砟轨道结构耐久性的影响,在分析轨道板混凝土碳化机理的基础上,建立了混凝土碳化作用下轨道板耐久性失效功能函数。进而运用基于ANSYS和蒙特卡洛法相结合的可靠性分析方法进行轨道板的可靠性分析,并基于可靠性分析结果进行无砟轨道耐久性评估。 由可靠度计算结果表明在列车荷载及温度荷载的耦合作用下轨道板强度满足疲劳要求,裂缝宽度超限的概率很小,碳化作用在轨道板在设计使用寿命期内导致耐久性失效的可能性较小;由参数敏感性分析结果可知列车荷载、扣件刚度、轨道板弹性模量、钢筋弹性模量、支承层弹性模量、温度以及路基刚度对轨道板疲劳可靠度有显著影响,温度和混凝土保护层厚度对轨道板开裂失效有显著影响,混凝土保护层厚度、混凝土强度以及环境因素对轨道板碳化耐久性有显著影响。 本文基于可靠性分析和参数敏感性分析结果定性地对轨道板耐久性做出评估,对耐久性的主要影响因素做出判断,是从可靠性角度对无砟轨道耐久性研究的一次尝试。 |
| 作者： | 张国虎 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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