CRTS Ⅱ型板式轨道宽窄接缝温度荷载下受力及损伤行为研究

摘要

CRTSⅡ型纵连轨道在服役期间逐渐暴露出许多问题，受环境变化影响尤为明显。其中宽窄接缝作为轨道结构的重要连接部位，已出现大范围的界面开裂和结构破碎，对轨道结构稳定性和高速行车造成了较为不利的影响。本文针对宽窄接缝损伤产生的主要影响因素进行研究，文中研究内容和结论如下:
　　1.结合现场对轨道结构损伤的调查结果，对损伤类型进行总结。宽窄接缝结构尺寸差异较大、结构强度和界面粘结强度不足，是损伤产生的主要内部因素;外部环境长期作用导致了结构损伤的累积。
　　2.基于损伤和断裂力学理论，结合轨道结构损伤特征，建立了细化的宽窄接缝有限元模型，分析温度荷载对结构受力和损伤的影响。
　　结果表明，整体升温是导致结构破碎的主要因素，窄接缝两端最先产生损伤，并向宽接缝内部发展，最终损伤分布与现场较为相似;整体降温使宽接缝与轨道板粘结界面中上部处最先开裂，最终宽接缝与轨道板几乎完全失效;砂浆和轨道板间最大脱空深度为0.237m，各部位差别较小。正温度梯度导致宽接缝与窄接缝分离，但对接缝破碎影响较小，损伤最先在接缝两侧的宽接缝与窄接缝交界位置出现。提高宽窄接缝材料强度，可以有效降低宽窄接缝整体损伤程度，但局部损伤迅速增加，建议接缝混凝土强度取C50为宜。
　　3.选取最不利荷载工况，研究了宽接缝与窄接缝弹性模量差异和粘结界面强度对宽窄接缝受力和损伤的影响。
　　结果表明，提高窄接缝强度的有助于减缓结构偏心受力，降低结构整体损伤程度，保证结构的整体稳定性;窄接缝强度高于宽接缝一个强度等级为佳，建议窄接缝强度为C50，宽接缝强度为C45。界面强度影响宽窄接缝的损伤分布和发展，强度增加可改善宽窄接缝与其他轨道结构之间整体受力性能，一定程度抑制结构损伤的发展，但易引起窄接缝局部损伤的加剧，建议界面强度应为材料强度60％～80％为宜。
　　4.建立不同宽度窄接缝的有限元分析模型，研究最不利荷载作用下的宽窄接缝受力和损伤行为。
　　结果表明，宽接缝与窄接缝尺寸的差异，是导致结构损伤和偏心受力的最主要因素;增大窄接缝尺寸，可以有效降低结构损伤程度，优化结构受力，建议窄接缝和宽接缝取相同宽度。

目录

声明

摘要

第1章 概述

1．1 研究背景及意义

1．2 纵连轨道结构及特点

1．2．1 博格(B?gl)板式轨道

1．2．2 CRTSⅡ型板式轨道

1．3 CRTSⅡ型板式轨道损伤现状

1．3．1 国外无砟轨道损伤及研究情况

1．3．2 国内无砟轨道损伤及研究情况

1．4 主要研究内容和技术路线

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 技术路线

第2章 宽窄接缝非线性有限元力学模型

2．1 宽窄接缝弹塑性损伤有限元模型建立

2．1．1 宽窄接缝结构特点

2．1．2 ABAQUS中的混凝土弹塑性损伤模型

2．1．3 宽窄接缝受力计算的有限元模型

2．2 新旧混凝土粘结界面的内聚力模型

2．2．1 界面内聚力理论

2．2．2 新旧混凝土界面有限元模型

2．3 计算参数及工况

2．3．1 温度荷载

2．3．2 结构参数

2．3．3 计算工况

本章小结

第3章 CRTSⅡ型板式轨道宽窄接缝受力分析

3．1 温度荷载对宽窄接缝损伤行为的影响

3．1．1 整体升温对宽窄接缝损伤行为的影响

3．1．2 整体降温对宽窄接缝损伤行为的影响

3．1．3 温度梯度对宽窄接缝损伤行为的影响

3．2 结构强度对宽窄接缝损伤行为的影响

3．2．1 整体升温对宽窄接缝损伤行为的影响

3．2．2 正温度梯度对宽窄接缝损伤行为的影响

3．3 本章小结

第4章 材料性能对宽窄接缝受力影响

4．1 弹性模量对宽窄接缝损伤行为的影响

4．1．1 窄接缝弹性模量与对宽窄接缝损伤行为的影响

4．1．2 宽接缝弹性模量对宽窄接缝损伤行为的影响

4．2 界面强度对宽窄接缝损伤行为的影响

4．2．1 接缝与轨道板处界面强度对宽窄接缝损伤行为的影响

4．2．2 砂浆层与轨道板处界面强度对宽窄接缝损伤行为的影响

4．3 结构形式对宽窄接缝损伤行为的影响

4．4 本章小结

结论与展望

本文主要研究工作与结论

进一步研究工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文