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原文传递高速铁路CRTS II型板式无砟轨道热胀上拱机理研究

论文题名：	高速铁路CRTS II型板式无砟轨道热胀上拱机理研究
关键词：	板式无砟轨道;后屈曲;弧长法;上拱机理
摘要：	高速铁路CRTSII型板式无砟轨道因其稳定性、安全性及舒适性等优点，近年来被广泛应用到我国高速铁路建设中，然而由于其结构连续性良好的特点，在外界温度的反复作用下难以释放温度所产生的轴力，周而复始的温度荷载作用极易引起轨道结构上拱等病害的发生。尤其目前全球气温上升以及极端气候的频繁发生，针对高速铁路CRTSII型板式无砟轨道在外界温度的影响下性能的研究符合当前工程实际。故本文以高速铁路CRTSII型板式无砟轨道结构为研究对象，针对其在温度荷载的作用下产生的上拱性能展开研究。　　首先本文针对目前工程中涉及的屈曲以及后屈曲理论总结分析，另外针对目前工程中发生的屈曲失稳现象和研究屈曲失稳方法进行梳理总计，最后立足于目前高速铁路中热胀失稳的现象以及针对该现象展开研究的内容和方法进行综述分析，总结目前研究的不足之处，为后续研究提供理论支持及研究方案。　　接下来本文针对温度荷载作用发生屈曲和后屈曲所采用的方法展开分析，并对比各个理论分析的优缺点，利用当下较为成熟的理论分析方法对高速铁路CRTSII型板式无砟轨道展开分析研究，并详细介绍了分析的过程。另外针对有限元建模中利用到的模型长度的选取以及缺陷的施加展开分析，并通过分析选择较为便捷及准确的方式确定高速铁路CRTSII型板式无砟轨道有限元模型的长度及其初始不平顺的施加方式。理论分析的选取以及有限元长度及初始不平顺的确定为后续利用Abaqus进行有限元分析中涉及的结果对比和建模条件的确定提供了理论支持。　　然后基于Abaqus有限元分析软件建立简化的高速铁路CRTSII型板式无砟轨道非线性屈曲分析模型，该分析中考虑轨道板与CA砂浆间的摩擦性能，采用弧长法进行非线性屈曲分析。有限元分析中分别针对初始不平顺、轨道结构自重、摩擦性能、轨道结构刚度、轨道结构厚度和扣件刚度等参数进行分析，深入探讨了温度荷载对高速铁路CRTSII型板式无砟轨道上拱产生的影响。结果表明：初始不平顺的大小直接影响是否出现突跳失稳的不稳定阶段，当不平顺幅值取5mm时会出现不稳定阶段，不平顺幅值取50mm时CRTSII型板式无砟轨道则呈现稳定增长趋势，故可知初始不平顺较小时容易发生突跳失稳；摩擦性能的提高对临界温度几乎没有影响，安全温度提高明显；轨道自重的增加会提高上拱屈曲的临界温度和安全温度，轨道结构自重提高0.2倍，临界温度可提高10℃，安全温度提高近20℃；轨道抗弯刚度的变化对温度荷载作用下的上拱屈曲影响并不明显；轨道厚度的改变对于温度荷载作用下的安全温度以及临界温度影响较大；扣件刚度的变化对于轨道结构的上拱影响并不明显。　　另外基于Abaqus有限元分析软件并利用上述所建模型展开了温度梯度情况下的非线性屈曲分析，该分析中调用了UTEMP子程序模块。并针对轨道板存在接缝等客观工程实际，利用有限元软件分别建立了单块和多块的轨道结构模型，模型中考虑接缝的影响，并通过施加温度荷载对轨道结构进一步展开分析。结果表明：温度梯度的增加能较好地提高CRTSII型板式无砟轨道的临界温度和安全温度；钢轨的耦合作用能较好的抑制轨道结构的上拱病害，轨道板的脱空长度与轨道结构的上拱高度密切相关，脱空长度越长上拱位移越高；接缝损伤是诱发轨道上拱的重要原因。
作者：	张健
专业：	土木工程
导师：	杨国涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2022