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原文传递高速铁路无砟轨道混凝土疲劳性能评价方法与提升技术

论文题名：	高速铁路无砟轨道混凝土疲劳性能评价方法与提升技术
关键词：	高速铁路;无砟轨道混凝土;疲劳性能;损伤变量;评价方法
摘要：	截止至2021年底，我国高速铁路运营里程已达4万公里，最高运营时速350km。以混凝土浇筑而成的无砟轨道直接承受高速列车的高频疲劳荷载，高频疲劳荷载作用下混凝土更容易发生损坏，影响无砟轨道结构的耐久性与行车的安全性。为提升我国无砟轨道混凝土结构的疲劳寿命，本文围绕无砟轨道混凝土疲劳性能的试验制度参数、评价方法以及提升技术等展开研究，主要研究内容及其结论如下：　　（1）调研分析了我国无砟轨道结构荷载特点与服役性能要求，研究了试验参数对混凝土疲劳性能的影响。结果表明：无砟轨道混凝土受力复杂，以承受弯曲疲劳荷载为主，弯曲疲劳荷载作用下混凝土损伤速率明显快于抗压疲劳；当高速列车疲劳荷载频率大于15Hz时，混凝土更容易发生疲劳损伤。结合应力水平、加载频率、加载波形等关键参数对混凝土疲劳性能的影响规律，确定了无砟轨道混凝土疲劳性能试验制度为：加载方式为三点弯曲疲劳加载，应力水平为0.6，应力比为0.1，加载频率为20Hz，加载波形为等幅正弦波。　　（2）研究了混凝土表面电阻率、超声波波速和冲击弹性波波速等无损检测方法作为混凝土疲劳损伤评价参数的可行性。结果表明：静态加载作用下，混凝土的表面电阻率、超声波波速和冲击弹性波波速随荷载率的增大而降低；弯曲疲劳荷载作用下，上述三个参数均呈现出疲劳损伤的典型三阶段变化规律，每阶段所占疲劳寿命比例基本相当，第一阶段和第三阶段占疲劳寿命的10~15%，第二阶段占疲劳寿命的70~80%，证明了混凝土表面电阻率、超声波波速和冲击弹性波波速可以用于混凝土疲劳损伤的评价。　　（3）基于线性损伤累积理论，定义了混凝土疲劳损伤变量（D），发现混凝土疲劳损伤变量的变化同样满足三阶段变化规律。根据损伤变量与剩余疲劳强度在相同疲劳寿命比例时均发生突变的特征，确定表观混凝土电阻率的损伤变量Dρ=0.25、混凝土超声波波速的损伤变量DU=0.2和混凝土冲击弹性波波速的损伤变量DI=0.2时为混凝土疲劳破坏的临界状态。　　（4）研究了提高混凝土强度等级、耐碱玻璃纤维桥接和聚合物增韧技术对无砟轨道混凝土疲劳性能的提升效果。结果表明：三种技术途径均可以提升混凝土疲劳性能，但其疲劳性能提升幅度和机理不同。基于Weibull函数统计分析了混凝土疲劳寿命的提升效果，在相同的保证率下，聚合物改性混凝土疲劳寿命提升最明显，比基准C60混凝土提升约40~55%；其次为耐碱玻璃纤维混凝土，比基准C60混凝土提升约30~40%；最后为提升混凝土强度等级，C80混凝土比基准C60混凝土疲劳寿命提升约20~25%。综合考虑技术经济性，聚合物的最佳掺量为10%，纤维的最佳掺量为0.5%。
作者：	温家馨
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	李子春;李化建
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国铁道科学研究院
学位年度：	2022