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原文传递温度荷载作用下高铁CRTSII型板式无砟轨道力学性能试验研究

论文题名：	温度荷载作用下高铁CRTSII型板式无砟轨道力学性能试验研究
关键词：	高速铁路;板式无砟轨道;力学性能;温度荷载
摘要：	无砟轨道结构具有良好的平顺性及耐久性，现已广泛应用于高速铁路无砟轨道建设中。桥梁-CRTSII型无砟轨道结构体系的梁轨相互作用较小，已成为杭甬高铁、京沪高铁等线路的主要结构型式。无砟轨道暴露在复杂的运营环境中，纵向强约束的结构特点决定了无砟轨道的温度效应十分明显，目前运营的高速铁路无砟轨道已经开始出现轨道板上拱、CA砂浆层脱层开裂等病害，危及高速铁路运营安全。为探究温度作用对CRTSII型轨道结构的影响，本文依托中国铁道科学研究院高速铁路轨道技术国家重点实验室开放基金"高铁纵连板式无砟轨道板上拱的稳定性理论模型研究"（2021YJ143），以高铁CRTSII型板式无砟轨道原型结构为基础，基于相似理论制作了1:4缩尺模型，开展环境试验研究温度在轨道结构中的传导模式及分布形式，明确结构层温度应力的变化规律，揭示层间离缝及宽窄接缝的损伤机理。主要研究工作与取得的成果如下：　　（1）开展了持续高温与极端高温作用下高铁CRTSⅡ型板式无砟轨道温度荷载试验，通过对不同约束条件下的轨道结构进行分析。在有约束的轨道结构中，由于约束端对结构的作用，将会对温度分布场产生影响，从而延缓了无砟轨道结构层间温度的下降趋势，存在温度滞后效应[1]。而对自由端的轨道结构，在温度场的作用下，两端可自由伸展，有无约束情况下的结构位移存在区别。温度曲线在CA砂浆层出现较大跨越，使轨道板与底座板间的温差显著。最大正温度梯度均出现在轨道板下表面-CA砂浆层之间，随环境温度的升高而增大，这将加剧结构层间离缝产生的概率，易出现层间损伤、劣化等病害。随着温度不断向轨道结构内部传导，不同结构层间的温度梯度变化幅度逐渐减小。　　（2）探索了温度荷载作用下高铁CRTSⅡ型板式无砟轨道温度应力变化规律。结果表明：在持续高温作用下，随着循环温度次数的不断增加，约束端及自由端试件的应力最小值均有减小的趋势，其中约束端轨道板跨中的中点应力在第4次降温阶段末相较第1次减小了4.71%，循环温度作用下约束端试件的最大应力差值明显小于自由端，表明约束端试件温度应力的累计效应与自由端相比较弱。约束端最大应力大于自由端，造成该现象的原因是由于约束条件对应力有放大作用。　　（3）研究了温度荷载作用下高铁CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向位移变化规律。结果表明：在外部环境温度作用下，轨道板-圆孔梁与底座板-圆孔梁的相对位移相比，前者大于后者，由于二者位移的不协调，导致轨道板与底座板之间产生错动，对界面形成损伤。　　（4）运用数值仿真的方法，建立了高铁CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的塑性损伤内聚力模型，进一步研究了整体升-降温、正-负温度梯度对结构应力、位移、损伤演化规律的影响。研究表明：温度变化引起无砟轨道结构出现应力集中以及结构层间竖向变形不一致等现象。在温度荷载作用下，温度应力的影响区域变大，轨道板变形因受到混凝土边界条件的约束导致层间粘结逐渐失效，降低了结构的整体性。宽窄接缝的受拉及受压损伤主要位于宽窄接缝两端，且在接缝交界处损伤严重，主要原因是宽窄接缝中宽接缝与窄接缝结构尺寸不同且受外界力约束不同。揭示了轨道板上拱、层间离缝的原因：在温度荷载作用下，由于温度变化引起的轨道板内部应力、应变逐步积累，达到峰值之后再瞬间释放的一个过程，轨道板产生变形，而变形因受到混凝土边界条件的约束，使结构内部产生了温度应力，当温度应力超过界面的极限粘结值时，层间离缝产生。研究成果可为无砟轨道病害处治提供依据，为新一代无砟轨道结构设计提供参考。
作者：	王月瑞
专业：	土木工程;桥梁与隧道工程
导师：	姚国文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022