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原文传递新型纤维复合筋增强无砟轨道板及其基本性能研究

论文题名：	新型纤维复合筋增强无砟轨道板及其基本性能研究
关键词：	纤维增强复合材料;高速铁路;无砟轨道板;绝缘性能;耐久性
摘要：	高速铁路无砟轨道结构因为具有稳定性高、维修量低和使用寿命长等特点，相继在各个地区和国家被广泛应用。然而在采用谐振式无绝缘轨道电路之后，无砟轨道结构则会降低轨道电路信号传输性能，严重影响了列车运行的安全性。目前，常用的绝缘处理方法达不到理想的绝缘效果，并且降低了无砟轨道结构力学性能。纤维增强复合材料（Fiber-Reinforced Polymer，FRP）因具有强度高、耐久性好、绝缘性能好（碳纤维除外）、理想的热膨胀系数、可设计性强等一系列优点，近二十年来被广泛应用于各类混凝土结构的增强与加固修复。然而，由于FRP弹性模量较低，课题组提出钢-连续纤维增强复合材料(SFCB)来提高FRP的刚度。应用这两种纤维复合材料来增强无砟轨道板有望进一步提高绝缘性能，此外还可以提高无砟轨道板的耐久性和力学性能。基于以上思想，本文针对FRP增强无砟轨道板的基本性能和设计方法展开了研究工作。主要内容如下: 　　(1)首先进行筋材的绝缘性能试验研究，通过单层网片分别研究了带热塑套管的钢筋，玄武岩纤维复合筋(BFRP)和SFCB三种不同筋材的电阻值大小。然后依据无砟轨道结构内网片的布置方式，分别研究了单层网片和双层网片各自不同的绝缘效果。最后，通过成型的无砟轨道板，得出三种无砟轨道板不同的绝缘程度。研究表明，BFRP的电阻值趋向于无穷大，并且和电压无关。而SFCB的电阻略低于BFRP。此外，和传统无砟无砟轨道相比，BFRP轨道板绝缘性能提高了59％～74％，而SFCB轨道板提高了20％～26％。在此基础上，通过“四端网”轨道电路，模拟了采用FRP增强的无砟轨道板对轨道电路传输性能的效果。　　(2)在获得理想绝缘性能基础上，对无砟轨道板展开了受弯性能的试验研究。共6块小轨道板（分成两组），每组三块板均包含BFRP，SFCB，传统钢筋增强的轨道板(RC)，分别进行了四点和三点受弯性能的试验研究。试验以RC板作为对比构件，分别从承载力、破坏形态、裂缝和应变展开深入讨论。研究表明，各构件以剪切破坏为主要破坏形态，BFRP和SFCB增强的无砟轨道板满足承载力要求和变形性能要求，而裂缝则略大于RC板，此外，安全储备也略好于RC板。在试验的基础上，对FRP增强无砟轨道板提出了相应的设计方法和建议。　　(3)为保证结构的疲劳性能，通过对10块小轨道板展开三点受弯常幅疲劳和变幅疲劳的试验研究。对疲劳寿命、破坏形态、挠度、裂缝和应变展开分析。研究表明，构件的疲劳破坏以预应力筋和非预应力筋的断裂为主;SFCB增强的无砟轨道板能够承受更高的疲劳荷载，并且应力幅更小;而BFRP增强的无砟轨道板则出现了粘结滑移。此外基于试验的结论，对FRP增强无砟轨道板裂缝和变形提出相应的计算方法和指标。　　(4)通过纤维复合材料和混凝土不同的本构关系和破坏准则，对FRP增强无砟轨道板的非线性静力性能进行有限元分析，研究了其裂缝发展、破坏形态、承载力、裂缝和位移发展，并且和试验结果对比，验证了该模型的可靠性。此外，通过改变配筋率，预应力度和预应力材料，探索无砟轨道板变形的发展规律，并建议了挠度的计算方法。
作者：	杨洋
专业：	土木工程；结构工程
导师：	吴智深;吴刚
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文