温度作用下CRTSⅡ型无咋轨道结构体系的性能分析

摘要

板式无砟轨道结构在温度变化的影响下会产生应力和变形。当温度应力达到混凝土抗拉强度时将引起轨道板或混凝土支承层（底座板）的开裂;轨道板的翘曲变形有可能导致其与水泥乳化沥青砂浆层之间的脱空;在轨道板翘曲变形的反复作用下容易造成板下弹性垫层的磨损;以上几种损伤将会影响轨道结构的正常使用功能。因此，在无砟轨道结构设计中，温度作用通常作为主要活荷载之一予以考虑。
　　 CRTSⅡ型板式无砟轨道是目前我国应用最广的无砟轨道结构形式之一。本文针对路基上的CRTSⅡ型板式无砟轨道结构，运用有限元法对纵联板式无砟轨道结构在温度作用下的力学响应及其影响因素进行数值分析，主要完成的研究工作如下:
　　 (1)假设轨道板只在厚度方向上存在温度梯度，根据Fourier热传导方程进行此条件下轨道板的传热分析，得到轨道板内温度场分布规律。
　　 (2)参考弹性理论以及水泥混凝土路面温度应力计算方法，结合CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的实际情况进行温度作用下轨道板的变形及应力分析，得到不同条件下轨道板温度应力及变形的计算方法。
　　 (3)利用大型通用有限元分析软件ABAQUS建立路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构体系的三维非线性有限元模型。对整体温度作用和温度梯度作用影响下CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的应力及变形进行了分析，并讨论了温度梯度、扣件刚度和纵连钢筋对CRTSⅡ型板式无砟轨道结构温度效应的影响规律。
　　 (4)对温度作用造成的CRTSⅡ型无砟轨道结构的主要的几种损伤形式，包括混凝土在拉应力作用下的开裂、充填砂浆层的破损、不同结构层界面上的分离进行了分析，并对CRTSⅡ型无砟轨道结构的这几种损伤的发展趋势进行了初步预测。
　　 (5)根据数值分析结果，提出了温度作用下CRTSⅡ型无砟轨道结构的几点设计建议及相应的技术措施。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外无砟轨道发展概况

1．2．1 国外无砟轨道发展概况

1．2．2 国内无砟轨道发展概况

1．3 国内外温度作用下无砟轨道研究现状

1．3．1 国外温度作用下无砟轨道研究现状

1．3．2 国内温度作用下无砟轨道研究现状

1．4 本文研究的主要内容与方法

第二章 CRTSⅡ型板式无砟轨道结构温度分析理论

2．1 无砟轨道板传热分析原理及其温度作用

2．1．1 无砟轨道传热分析原理

2．1．2 无砟轨道结构温度作用

2．2 温度应力及其变形分析理论

2．2．1 热应力及其变形计算的基本方程

2．2．2 轨道板热应力及其变形计算方法

2．3 本章小结

第三章 CRTSⅡ型板式无砟轨道结构非线性三维有限元力学模型

3．1 基于ABAQUS的热分析方法

3．1．1 ABAQUS有限元计算软件简介

3．1．2 ABAQUS有限元软件热应力分析方法

3．2 基于ABAQUS的无砟轨道结构仿真分析理论

3．2．1 材料强度及本构模型

3．2．2 基于ABAQUS／Standard的非线性问题有限元解法

3．2．3 接触理论

3．3 无砟轨道结构非线性三维有限元空间模型的建立

3．3．1 模型各部件单元选取

3．3．2 无砟轨道板三维实体模型的建立

3．3．3 各部件相互关系的处理及边界条件

3．3．4 相关参数选取

3．4 本章小结

第四章 温度作用下CRTSⅡ型无砟轨道结构体系数值模拟及结果分析

4．1 温度作用下无砟轨道结构应力及变形分析

4．1．1 计算工况

4．1．2 计算结果及分析

4．2 温度梯度对轨道板温度效应的影响分析

4．2．1 计算工况

4．2．2 计算结果及分析

4．3 扣件刚度对轨道板温度效应的影响分析

4．3．1 计算工况

4．3．2 计算结果及分析

4．4 纵连钢筋对轨道板温度效应的影响分析

4．4．1 计算工况

4．4．2 计算结果及分析

4．5 温度作用下CRTSⅡ型板式无砟轨道结构损伤分析

4．5．1 混凝土在拉应力作用下的开裂

4．5．2 水泥乳化沥青砂浆层的破损与不同结构层界面上的分离

4．6 CRTSⅡ型板式无砟轨道结构温度效应应对技术措施

4．7 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文主要工作及结论

5．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果