详情

原文传递复杂温度下Ⅱ型板式无砟轨道宽窄接缝病害影响及维修措施研究

论文题名：	复杂温度下Ⅱ型板式无砟轨道宽窄接缝病害影响及维修措施研究
关键词：	无砟轨道;宽窄接缝病;维修措施;有限元软件;伤损模型
摘要：	无砟轨道无缝线路是我国高速铁路的核心技术，其中CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路应用较为广泛。我国地域广阔，气候差异大使得Ⅱ型板式无砟轨道无缝线路承受较为复杂的温度作用。已有研究表明在复杂温度作用下Ⅱ型板式无砟轨道存在多种病害，如砂浆层离缝、轨道板上拱、宽窄接缝拉开、底座板开裂等，其中宽窄接缝病害尤为突出。本文在研究温度条件下Ⅱ型板式无砟轨道无缝线路受力变形规律的基础上，重点研究了宽窄接缝开裂及压溃上拱的形成原因，分析了两种病害对轨道受力变形的影响规律，并提出有效的养护维修时机及措施，主要工作内容如下: 　　(1)利用有限元软件ANSYS，基于生死单元、重启动分析等方法，在总结结构参数的基础上，建立了完好状态下Ⅱ型板式无砟轨道无缝线路空间精细化耦合模型;并根据板间接缝界面开裂及宽窄接缝缺损等病害特点，建立了轨道结构的伤损模型。　　(2)基于完好状态下的轨道模型，分析温度梯度、整体温度及极端温度作用下无砟轨道无缝线路的受力变形规律。计算表明轨道板温度梯度对轨道板垂向相对位移影响较大，而对轨道板、砂浆层和支承层应力影响较小。整体温度主要影响轨道结构纵向应力，对垂向应力和横向应力的影响较小，温降幅度过大时，轨道板纵向应力超过混凝土抗拉强度而被拉裂。极端高温地区，轨道板纵向压应力为23.7MPa，接近混凝土的抗压强度，极端严寒地区，轨道板纵向拉应力为18.0MPa，超过混凝土的抗拉强度，轨道板被拉裂。所以极端温度作用下，轨道结构受力变形较大，结构容易破坏。　　(3)基于宽窄接缝界面开裂的伤损轨道模型，研究温度梯度及温降荷载下，裂缝宽度及深度对轨道力学行为的影响。结果表明，温度条件下,裂缝宽度对轨道受力变形影响较小，裂缝深度影响较大。温度梯度下，轨道板纵向压应力最大达到39.9MPa（裂缝深度为0.15m），大于混凝土的抗压强度35.5MPa，裂缝会继续加深，砂浆层的纵向压应力达到了23.0MPa（裂缝深度为0.20m），砂浆层被挤坏。温降荷载下，裂缝深度为0.1m，裂缝宽度≥0.1 mm时，轨道板、砂浆层纵向应力均超过极限强度而破坏，裂缝继续扩展。裂缝宽度为0.2mm，裂缝深度≥0.06m时，轨道板被拉裂，砂浆层也会产生连带破坏。基于上述分析结果，建议以裂缝深度为控制条件，当裂缝深度≥0.06m时应及时采取无压注浆法等措施进行修补。　　(4)基于宽窄接缝缺损的伤损轨道模型，研究分析高温及持续高温条件下，轨道板压溃上拱的形成原因以及宽窄接缝缺损对轨道结构的影响。研究表明宽窄接缝缺损造成钢轨受力和变形增大，钢轨的垂向不平顺较为明显;宽窄接缝缺损处两侧轨道板与砂浆层脱粘，轨道板上拱，并在持续高温作用下脱粘范围向板中蔓延，上拱位移不断增大，其中，宽接缝完全破损时轨道板与砂浆层脱粘长度可达1.438m，且在0.87m后脱粘速率增大，上拱位移达到0.612mm，窄接缝完全破损时脱粘长度时可达1.625m，且在0.65m后脱粘速率增大，上拱位移达到1.438mm;破损宽窄接缝处的纵向压应力较大，超过混凝土抗压强度，导致混凝土被挤碎，破损情况加剧。基于上述研究，为避免病害加剧，建议在板端与砂浆层脱粘长度大于0.65m之前，及时采取凿除、重新浇筑等整治方法对宽窄接缝缺损进行维修。
作者：	刘亚男
专业：	道路与铁道工程
导师：	高亮
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