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列车与水耦合作用下双块式无砟轨道表面裂纹扩展机理研究
| 论文题名： | 列车与水耦合作用下双块式无砟轨道表面裂纹扩展机理研究 |
| 关键词： | 双块式无砟轨道;含水裂纹;流固耦合;裂纹扩展机理 |
| 摘要： | 通过对已运营的双块式无砟轨道现场调研，发现路基地段双块式无砟轨道道床板表面出现大量裂纹。当雨水进入裂纹内部后，在列车高速通过时，裂纹内部的水会被挤出。在列车与水耦合作用下，会加速道床板的损坏，这些问题直接影响着双块式无砟轨道的耐久性。因此，对于研究双块式无砟轨道在列车荷载与水耦合作用下的裂纹扩展机理迫在眉睫。 (1)本文首先通过现场调研以及收集国内外无砟轨道及混凝土裂纹水致伤损研究资料，归纳总结裂纹的形式、产生的原因以及含水裂纹对混凝土强度的影响。 (2)其次，以路基上双块式无砟轨道为研究对象，建立列车与水耦合作用的双块式无砟轨道受力模型。分析得出:①当雨水进入枕边裂纹后，在列车荷载与水耦合作用下，裂纹内部水流压强、流速沿道床板横向基本相等。而沿道床板厚度方向，压强基本呈线性递增，流速基本没有变化。②枕边裂纹内部水流压强、速度变化的特点为:随着枕边裂纹深度的增加，其尖端处的压强、流速逐渐增大，当裂纹深度贯通至预制轨枕的底部，即将加速轨枕的脱空时，其裂纹尖端处的最大压强为15.93kPa，最大流速为0.263m/s;裂纹宽度与长度对水流压强、流速影响较小。③当枕边裂纹（长0.8m、宽0.5mm、深5cm）一定时，随着列车荷载的增加，水流压强与水速逐渐增大。当列车时速为160km/h时，其裂纹尖端处的最大压强为2.71kPa，最大流速为0.14m/s;当列车速度达到350km/h时，其裂纹尖端处的压强增加到4.14kPa，最大流速为0.223m/s。 (3)应用断裂力学的理论以及裂纹内部水流动力特性，建立含裂纹的双块式无砟轨道有限元模型。分析得出:①在列车与水耦合作用下，随着裂纹深度的增加，其尖端的应力强度因子逐渐增大。当裂纹深度贯通至预制轨枕的底部，即将加速轨枕的脱空时，裂纹尖端的应力强度因子达到23.4N·mm-1.5，虽然未达到混凝土的断裂韧度值54.7N·mm-1.5，但在温度影响下，会更容易开裂。②随着裂纹宽度与长度的增加，其裂纹尖端的应力强度因子增加，但是增加的幅度很小。 |
| 作者： | 周珂 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 杨荣山 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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