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原文传递温度作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆层界面性能研究

论文题名：	温度作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆层界面性能研究
关键词：	板式无砟轨道;CA砂浆层界面;温度作用;损伤演化机理;温变内聚力模型
摘要：	CRTS II型板式无砟轨道凭其平顺、可靠、寿命长等优良特性，现已成为高速铁路的主要轨道结构型式之一。然而在实际服役环境中，由于混凝土与水泥乳化沥青（Cement Asphalt, CA）砂浆之间热导系数和线膨胀系数存在差异性，温度长期作用会引起轨道板与CA砂浆层之间发生不协调变形，导致无砟轨道CA砂浆层界面黏结性能劣化，进而引起轨道板脱空、层间离缝等问题，严重影响高铁安全运营。本文依托国家自然科学基金“热力耦合作用下高速铁路纵连无砟轨道层间失效机理与损伤评估研究”（No. 52278311），针对温度作用下无砟轨道CA砂浆层界面损伤与性能退化问题，开展了不同温度下轨道板-CA 砂浆层-底座板足尺模型的正拉和推板试验，研究了 CA 砂浆层界面法向和切向黏结性能的温变规律，建立了CA 砂浆层界面温变内聚力模型，提出了无砟轨道结构温度损伤模型及评估方法。主要研究内容及取得的结论如下：　　（1）分析了高速铁路 CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的空间结构及受力特性，总结了在役板式无砟轨道CA砂浆层间离缝、轨道板脱空上拱等典型病害及成因，从热力学理论、温度荷载试验、工程实例及数值仿真等角度探讨了CA砂浆层界面损伤及演化机理。　　（2）探讨了界面断裂力学在双材料黏结面性能研究中的应用，指出内聚力模型能较好地描述混凝土-CA 砂浆层黏结面损伤特性，在双线性内聚力模型基础上提出了黏结面温变内聚力模型，进一步用于温变条件下混凝土-CA 砂浆层界面损伤力学性能的研究。　　（3）开展了0℃、15℃、30℃、45℃和60℃温度条件下轨道板-CA砂浆层-底座板足尺模型的正拉和推板试验，研究了不同温度作用对 CA 砂浆层法向和切向黏结性能的影响规律，揭示了 CA 砂浆层界面损伤演化机制及失效模式。结果表明：轨道板-CA砂浆黏结面极具易损性，界面损伤演化表现为“由边到中”的渐进性损伤行为，近板端区域的界面损伤程度较为严重；0℃下低温试件CA砂浆层界面法向和切向性能均表现出“冷脆性”，60℃下高温试件CA砂浆层界面的黏结性能则相对表现出“热延性”。升、降温 15℃使得界面黏结强度显著降低，其降低幅度可达 58.5%；界面温度升至 30℃后，黏结强度退化相对平缓；60℃下界面法向、切向黏结强度仅为初始值的1/17、1/15。试件降温至0℃过程中，界面刚度略有提高；15℃到 30℃升温期间，界面刚度下降幅度较大；30℃后，界面刚度下降速率趋于平稳；当温度达到60℃时，界面法向、切向刚度仅为初始值的1/51、1/46。基于此，进一步建立了CA砂浆层界面损伤评估关键参数的温变函数，确定了界面温变内聚力模型的关键参数取值。　　（4）通过实体有限元模型仿真与实验结果的对比分析，验证了有限元模型的准确性。有限元计算结果表明：在忽略构造钢筋的情况下，轨道板可承受的最大温升?T =85.15℃，此时轨道板内产生的温度压力达到极限承载力17036kN。进一步结合混凝土塑性损伤模型、CA砂浆塑性损伤模型、CA砂浆层界面温变内聚力模型，提出了CRTS II型板式无砟轨道结构损伤模型及评估方法，为无砟轨道长期性能研究及新型无砟轨道设计提供参考。
作者：	张高峰
专业：	土木工程
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：	2023