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聚氨酯固化道床力学特性试验与数值分析
| 论文题名： | 聚氨酯固化道床力学特性试验与数值分析 |
| 关键词： | 高速铁路;有砟轨道;道床结构;聚氨酯;固化效果;力学特性 |
| 摘要： | 聚氨酯作为一种优良的道床加固材料，广泛运用于有砟轨道系统，包括过渡段刚度调整、飞砟防治、曲线加固等，聚氨酯固化道床作为一种新型道床结构表现出旺盛生命力和广泛应用前景。然而，实际应用中，聚氨酯固化道床出现了一些问题，主要表现为既有传统道床固化方法和聚氨酯类型导致道床粘结为一个整体，由于固化强度过大，固化范围广，道床无法进行维修。 根据以上情况，本文主要针对高速铁路飞砟防治专用聚氨酯材料进行研究，联合特种防水材料国家重点试验室开发了5种不同性能聚氨酯材料。同时，提出了聚氨酯全断面固化方案及局部固化方案，后者包含枕端固化、枕心固化、综合固化3种方式。以上两种方案固化后均不影响捣固维修。本研究根据道床阻力试验、立方体试块单轴无侧限抗压试验、风洞试验、捣固试验，从5种材料中比选出最优材料，分析反映聚氨酯固化效果，并针对这种材料进行了基于离散单元法的数值模拟分析，从细观角度反映道砟-聚氨酯力学表现。主要研究结论如下: 1.道床阻力 (1)采用全断面固化方案，对平肩式道床固化前后进行测试，5种聚氨酯对应道床纵向阻力比固化前分别增加约6.31％-15.60％。道床横向阻力分别增加约8.70％-17.14％。由于强度低、喷涂深度浅，阻力增长较少。 (2)采用4号聚氨酯进行道床局部固化，根据不同方法，道床横向阻力提升范围在41％-184％，加固效果十分显著，并且可调性大，极其适用于实际工程。 2.最优聚氨酯比选 (1)根据捣固试验，1-3号聚氨酯固化后均可顺利进行捣固，4号捣固难度增加，5号虽可捣固，但破坏了一定数量的粘结; (2)在风洞内设置1∶1半结构轨道模型，采用强度最低的1号聚氨酯进行全断面固化，试验结果表明，无颗粒位移现象发生，飞砟防治效果良好; (3)单轴无侧限压缩试验结果表明，4号聚氨酯-道砟试块有更好的强度-变形特性。因此，选定4号聚氨酯（抗拉强度14.2Mpa，断裂伸长率20％，邵D46）最优。 3.细观分析 根据数值结果，平肩式道床中，枕端阻力分担占比最大、枕心最小，且接触力不均匀，存在个别颗粒接触力过大现象。采用全断面固化后，表层道砟承受了一部分阻力，但由于固化深度浅，增加并不明显。采用枕端固化后，由于粘结作用，砟肩成为整体共同受力，作用范围更广，大幅增加了道床横向阻力。枕心固化提高了轨枕侧面与道床的咬合，由未固化时的摩擦变为摩擦、剪切、压缩同时存在的受力方式，三部分道床阻力分担比例近似相同。综合固化增长幅度最大，受力范围最广，结合了枕端与枕心固化的优点。 |
| 作者： | 贾文利 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 井国庆 |
| 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 |
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