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原文传递 CRTSⅡ模型式无砟轨道离缝发生机理及对列车的运行影响研究

论文题名：	CRTSⅡ模型式无砟轨道离缝发生机理及对列车的运行影响研究
关键词：	铁路线路;无砟轨道;砂浆层离缝;病害防治
摘要：	在对CRTSⅡ型板式无砟轨道病害进行调研的基础之上，确定了以轨道板端部、中部与砂浆层间出现的离缝病害作为研究对象;通过总结分析国内外砂浆层离缝病害的研究现状，明确了研究的必要性。提出了一种无砟轨道病害分析思路，即首先通过有限元建模对砂浆层进行受力分析，然后采用疲劳分析计算砂浆层的寿命，再基于疲劳分析所得到的砂浆层临界低寿命区，采用扩展有限元法分析离缝的发展过程。建立了列车-轨道-桥梁耦合模型，计算分析了离缝对列车运行的影响。　　本研究主要内容包括：⑴对CRTSⅡ型板式无砟轨道病害进行了现场调研，在调研中发现轨道板端部、中部易与砂浆层间发生离缝，未发生离缝时有白浆流出，出现离缝后较严重的地段砂浆层出现破损甚至脱空。⑵在总结分析已有研究成果的基础之上，确定了以有限元建模进行砂浆层的受力分析，利用受力分析的结果进行砂浆层疲劳寿命分析，基于疲劳分析所确定的低寿命区采用扩展有限元法进行离缝发展变化过程分析的研究思路。⑶通过所建立的有限元模型分析温度荷载作用下轨道结构的受力与变形，结果表明:温度梯度作用是导致离缝形成的重要因素，正温度梯度作用下轨道板发生的边缘向下凹陷的变形，轨道板沿纵横向出现了“M”型的形变，其中极限正温度梯度对承轨台下方范围至侧面边缘的砂浆层与轨道板之间粘结影响最大。极限负温度梯度作用下，也对承轨台下方至侧面边缘范围内的砂浆层影响最大，轨道板沿纵横向出现了“W”型的变形。温度梯度作用下轨道板发生的凹陷和上翘的变形会导致离缝的产生。⑷对砂浆层进行的疲劳分析表明砂浆层一旦出现伤损后其寿命将降低，砂浆层弹性模量增大，也即砂浆层失去弹性变硬化时，其使用寿命将逐渐下降。由此说明高速铁路在运营初期出现的较严重的砂浆层离缝，是因砂浆层本身已经存在伤损，导致列车和温度作用下，在较短的运营时间内发生病害。其中在模拟分析砂浆层疲劳寿命时以增大弹性模量的方法来施加伤损更恰当。⑸基于扩展有限元法模拟分析了位于轨道板端部边缘离缝、端部中间离缝、中部边缘离缝的发展变化过程。发现温度荷载作用下离缝易沿纵向发展，逐步形成整个轨道板长度内的贯通离缝。对比分析3种状态离缝的GA（离缝面积）值，发现端部离缝GA值初期增加较平缓，即离缝开始阶段发展较慢，但后期发展较快;中部离缝的GA值从离缝发展的初期增加速度就较快，呈直线上升的趋势。由此说明应及早对离缝进行防治，在离缝出现的初期进行修复，防止其后期快速发展。⑹提出了一种砂浆层离缝病害的预防措施，即对轨道结构侧面裸露的砂浆层、轨道板与宽接缝之间进行密封处理，该措施将对砂浆层病害的预防有着重要的参考价值。⑺通过所建立的车辆-轨道-桥梁耦合动力模型计算分析轨道板中部、端部与砂浆层发生离缝后对列车运行的影响，结果表明:小范围离缝对列车运行的安全性影响较小，脱轨系数和轮重减载率均只有微小增加;主要是影响垂向加速度，且随着离缝长度的增加垂向加速度峰值随之增大，由此可见离缝主要是对行车舒适性造成一定影响，需要及时进行修补。
作者：	李启航
专业：	交通运输工程
导师：	肖宏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文