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原文传递大跨径铁路桥梁无砟轨道沥青混凝土基础结构研究

论文题名：	大跨径铁路桥梁无砟轨道沥青混凝土基础结构研究
关键词：	大跨径铁路桥梁;无砟轨道;沥青混凝土基础结构;有限元模拟
摘要：	桥上无砟轨道以其稳定性好，使用寿命长等优点在高速铁路建设中得到广泛使用，传统无砟轨道通常使用水泥混凝土材料，然而水泥混凝土无砟轨道因材料刚度高、脆性大的特点，容易出现开裂、适应桥梁变形能力差、维护困难等问题，尤其是无砟轨道应用于大跨径铁路桥梁时，因桥梁挠曲变形大，更容易出现无砟轨道结构破损。沥青混凝土作为一种兼具力学强度和柔度的粘弹性材料，对于桥梁变形有较好的适应性，均匀分布应力、施工快速、整体性好等优点，可作为无砟轨道基础结构材料。本文使用沥青混凝土代替传统无砟轨道结构中的底座板和自密实混凝土，提出一种新的沥青混凝土为基础的无砟轨道结构，并对该结构在大跨径铁路桥梁上的适用性展开研究。　　本文首先建立了大跨径铁路桥梁无砟轨道静力分析模型，借鉴无砟轨道底座板的设计方法，通过数值模拟研究沥青混凝土基础在温度作用、列车荷载以及组合荷载作用下的静力学特性，结果表明，在温度作用下，随着降温幅度的提高，沥青混凝土基础结构的受力变形均明显增大；在列车荷载作用下，沥青混凝土基础结构受力变形情况受跨径的影响比加载长度更大；在组合荷载作用下，给出了不同温度条件下沥青混凝土基础静力响应指标的极值，增加沥青混凝土基础厚度，沥青混凝土基础力学响应下降，但变形会增加，综合考虑成本和性能，厚度建议设置为300mm。　　然后，通过设置Prony级数来对沥青混凝土的粘弹性进行模拟，用子程序控制移动列车荷载，建立大跨桥梁无砟轨道动力分析模型，研究沥青混凝土基础结构的使用对轨道和桥梁动力响应的影响。通过改变列车速度、沥青混凝土基础厚度和模量，研究相关参数对大跨径无砟轨道结构的受力变形影响规律。结果表明，同传统水泥混凝土无砟轨道相比，沥青混凝土基础起到了变形协调的作用，结构应力明显降低，但会造成轨道板和沥青混凝土基础的振动加速度和位移有所增加，根据模态分析结果，沥青混凝土对结构的固有频率影响较小，频率范围介于1.226Hz~5.390Hz之间，远低于列车振动频率，不会引起结构共振。此外，随着列车速度增大，大跨径铁路桥梁无砟轨道的动力响应计算结果明显增大；沥青混凝土模量增加，沥青混凝土基础所受拉应力增大，但能减小其他结构的动力响应，适当增加沥青混凝土模量对整个结构是有利的，而沥青混凝土基础厚度的增加，结构动力响应降幅较小，根据动力响应结果，厚度设置应不超过350mm。　　最后，基于有限元分析得出的静力学响应指标的极值，同时参考以往研究中对于路面铺设无砟轨道下沥青混凝土基础的性能要求，对沥青混凝土进行材料组成设计，并通过劈裂试验、界面安全性试验、水稳定性试验、低温弯曲试验和高温稳定性试验，验证所设计的材料在力学性能和路用性能方面均能满足大跨径铁路桥梁无砟轨道下沥青混凝土基础结构的要求。　　论文为大跨径铁路桥梁无砟轨道沥青混凝土基础结构设计提供理论基础，开展了结构静、动力学特性研究，探究了不同荷载情况，不同结构参数下结构的受力和变形特征，并根据数值模拟结果对沥青混凝土材料进行设计，相关研究结论可为未来实际工程提供理论参考。
作者：	杨迪云
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	钱振东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021