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原文传递温度与列车作用下CRTSⅡ型板式轨道损伤特性研究

论文题名：	温度与列车作用下CRTSⅡ型板式轨道损伤特性研究
关键词：	无砟轨道;温度荷载;列车荷载;塑性损伤
摘要：	随着我国高速铁路的发展，无砟轨道研究从设计建造向运营维护转变已成为必然趋势。无砟轨道结构因型式材料多样、初始缺陷随机未知、荷载作用复杂多变，在服役过程中不可避免会产生随机损伤、累积演化，进而形成宏观病害。调研表明高铁无砟轨道特别是CRTSⅡ型板式轨道在服役中出现了诸如宽窄接缝破损、层间离缝、轨道板上拱等多种病害问题，严重影响列车运行安全，并极大增加养护维修成本。因此，探明无砟轨道结构损伤发生发展机理及累积演变规律，以期为养护维修提供理论参考，已成为目前十分紧迫且具有重要意义的课题。　　本文基于混凝土塑性损伤本构理论和CA砂浆劈裂抗拉试验，首次建立可全面考虑CRTSⅡ型板式无砟轨道各组成材料弹塑性本构的非线性随机损伤模型，研究了温度与列车荷载作用下无砟轨道的损伤特性，主要研究工作内容下: 　　1.基于混凝土细观力学的统计损伤本构理论，对表征无砟轨道损伤的评价指标进行了选取;基于既有规范、文献和强度试验计算了无砟轨道各组成材料弹塑性损伤本构关系及塑性损伤参数;对所得参数进行了试块抗压仿真验证，结果表明仿真模型破坏形态与实际相符，仿真曲线与公式推导曲线吻合较好。　　2.基于有限元理论，采用ABAQUS仿真软件，首次建立了可全面考虑无砟轨道损伤破坏的CRTSⅡ型板式轨道非线性静动力分析模型，并对所建模型在特定工况下的计算结果与既有文献和现场实测结果进行对比分析，验证了模型的准确性。分析了温度、列车荷载作用下本文所构建的非线性损伤模型与线弹性模型对计算结果的影响规律，结果表明当无砟轨道结构受力变形处于线弹性阶段时，两者分析结果基本保持一致;当无砟轨道结构出现损伤时，两者分析结果差异不断扩大，最终线弹性模型不再适用。　　3.全面研究了整体升降温、正负温度梯度及循环温度荷载作用下无砟轨道受力变形及损伤特性。研究结果表明降温10℃，无砟轨道便出现受拉损伤，相比于升温荷载，降温荷载使无砟轨道损伤破坏更为严重;正温梯达80℃/m时，砂浆层和窄接缝首次出现受拉损伤;早期温度循环对无砟轨道受力变形及损伤特性影响最为显著，随循环次数的增加，无砟轨道损伤和变形不断累积增加但增加速率不断减小，受力不断放散减小并最终趋于稳定。宽窄接缝处存在接触不良会使其损伤分布由均匀连续式变为离散式;接触不良区域周边容易出现应力集中，使轨道受力变形出现不连续，恶化轨道结构的服役状态。　　4.系统研究了整体升温+列车、整体降温+列车、正温梯+列车及负温梯+列车荷载耦合作用下无砟轨道损伤特性。研究结果表明列车速度在200km/h～350km/h之间变化时，钢轨的垂向加速度在90g～160g之间，垂向位移在0.7mm～1.0mm之间;温度与列车荷载耦合作用时，无砟轨道宽窄接缝和砂浆层出现损伤，其损伤主要由温度荷载引起。当温度荷载一定时，不同速度和载重下列车荷载作用时，无砟轨道损伤的增大程度差异较小，单次列车荷载会使损伤有微弱增大趋势，但增大效果不明显。但在长期列车循环荷载作用下，无砟轨道损伤不断累积，最终仍有可能出现宏观病害。
作者：	阮庆伍
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：	2018
正文语种：	中文