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原文传递温度荷载作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层界面损伤分析

论文题名：	温度荷载作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层界面损伤分析
关键词：	高速铁路;无砟轨道;温度荷载;砂浆层;界面损伤
摘要：	高速铁路无砟板式轨道具有明显的多层特征，服役环境复杂。在环境荷载和列车荷载作用下，轨道结构由于层间损伤形成离缝等病害，恶化了轨道结构受力与传力特性，若不及时进行养护维修，将危及安全与舒适性，并严重缩短了轨道结构使用寿命。本文在国内外已有研究工作基础上，主要分析了温度梯度荷载作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层界面损伤行为，以期为我国高速铁路无砟轨道养护维修提供理论支持。　　论文简要回顾了国内外无砟轨道的发展现状，介绍了国内外轨道板与砂浆层间损伤的研究现状，总结了常见轨道板与砂浆层界面损伤的原因和离缝的控制标准，以及双材料界面破坏领域内的研究理论和方法。比较分析了几种无砟轨道力学模型，采用有限元方法建立了CRTSⅡ型板式无砟轨道空间模型，并运用内聚力本构关系模拟砂浆层界面的力学行为。　　首先，依据公路和铁路行业规范选取合适的温度梯度荷载，计算分析了不同正、负温度梯度荷载作用下轨道板与砂浆层界面内损伤的分布和发展情况，对比了不同温度梯度下界面损伤区域和界面内应力分布，统计分析了不同温度梯度下界面边角位置损伤因子变化情况。结果表明:随着温度梯度增大，界面边角位置损伤因子随温度梯度改变急剧变化;温度梯度在90℃/m以上或-45℃/m以下，都将造成界面的完全损伤并形成离缝;离缝的形成对轨道板垂向位移影响很小，主要是界面内应力所致。　　其次，研究了轨道结构劣化后对温度梯度荷载作用下界面损伤的影响规律。以轨道结构弹性模量、粘结强度的折减和热膨胀系数的变化表征轨道结构的劣化，以离缝面积百分比和初始损伤正温度梯度为分析目标，分析了不同轨道结构参数对界面损伤的影响规律。研究发现，离缝面积百分比与轨道板弹性模量、砂浆弹性模量和轨道结构的热膨胀系数呈正相关关系，与粘结强度呈负相关关系;初始损伤正温度梯度与轨道板弹性模量、砂浆弹性模量、热膨胀系数和粘结强度均呈负相关。综合考虑离缝面积百分比和初始损伤正温度梯度，轨道板弹性模量、砂浆弹性模量、热膨胀系数和粘结强度应控制在合理范围内。　　最后，初步探讨了温度梯度荷载循环作用下不同粘结状态界面的损伤行为，以模拟日温差反复作用下界面的损伤状态。研究结果表明:温度梯度20次循环作用后，粘结强度良好界面，在边角位置和横向边缘位置产生损伤区域，未形成离缝;粘结强度退化后，界面内损伤区域以环状形式向中心位置扩展，最后形成离缝。随着温度梯度循环次数增加，界面不同位置损伤发展不同，不同位置不同时段损伤发生的原因不同。横向边缘位置纵向切应力最大时产生损伤，随后纵向边缘位置大部分范围内均是因横向切应力超过粘结强度而产生损伤。
作者：	刘建超
专业：	交通运输工程
导师：	赵春发
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文