CRTSⅢ型板式轨道层间离缝下的受力及维修限值研究

摘要

CRTSⅢ型板式轨道是我国自主创新研发的高速铁路无砟轨道结构型式，自密实混凝土层作为关键结构层，其与轨道板连接性能的优劣显著影响着该型轨道的应用效果。
　　自密实混凝土层在服役期间难免会产生各种病害形成离缝，轨道板下离缝对轨道结构受力的影响尚不明确，也缺乏层间离缝的维修标准。本文主要针对Ⅲ型板式轨道层间离缝伤损进行研究，主要包括以下研究内容和结论:
　　(1)基于现场调查，针对Ⅲ型板式轨道伤损特征进行了总结，其伤损主要有预应力钢棒断裂窜出、自密实混凝土层与支承层/底座板或轨道板间离缝冒浆、承轨台挡肩裂纹等。从混凝土层裂结构理论和新老混凝土粘结界面薄弱等方面，初步阐述了离缝的成因。
　　研究表明，Ⅲ型板式轨道离缝的成因包含了自身自密实混凝土材料、施工过程、外部环境和列车荷载等方面，是多重不利因素共同作用的结果。
　　(2)通过合理力学简化，建立Ⅲ型板式轨道静力学分析模型，应用有限单元法，利用生死单元和接触技术，有效模拟轨道板与自密实混凝土层间离缝的层间界面关系，考虑列车荷载和温度梯度单独或共同作用时，针对不同位置和长度的层间离缝对轨道结构受力的影响进行研究。
　　结果分析表明，离缝沿纵向发展至前2-3组扣件距离时轨道各个构件最大应力增长明显，往后最大应力维持在一个高值。负温度梯度作用下，板中出现离缝将使轨道板板角处于较高的受纵向拉应力状态，可能导致板角出现新的伤损状况;板边出现离缝将使自密实混凝土层在离缝边上处于较高的受纵向拉应力状态，可能导致自密实混凝土层的进一步破坏，离缝发展加重伤损状况。无论何种荷载，离缝区域只要有门型筋，将显著地增加门型筋的轴向拉、压应力，虽然不会导致门型筋的突然破坏，但是在荷载的反复作用下，将有可能使门型筋发生疲劳破坏，从而使得伤损状况加剧。
　　(3)结合对轨道结构的受力分析结果，对离缝处门型筋周边混凝土进行应力状态分析。
　　结果表明，负温度梯度或负温度梯度与列车荷载共同作用下，离缝处轨道板混凝土受纵向拉应力减少明显，而自密实混凝土受纵向拉应力增加明显，可能超过其容许拉应力，门型筋也处于较高的受轴向拉应力状态，板端附近的第一个门型筋在离缝下可能会发生门型筋拉坏自密实混凝土的情况，并且在温度循环反复作用下，会加速自密实混凝土层、门型筋疲劳伤损的发展;正温度梯度或正温度梯度与列车荷载共同作用下，离缝处轨道板混凝土受横向拉应力有所减少，而自密实混凝土受横向拉应力有所增加，门型筋处于较大的受轴向拉应力状态，在温度循环反复作用下，可能会加速自密实混凝土层、门型筋疲劳伤损的发展。
　　(4)通过分析维修判别指标，在此基础之上，基于轨道结构静力分析，结合离缝伤损特点，从疲劳和耐久性观点出发，初步提出了Ⅲ型板式轨道层间离缝维修级别和判别标准，对于离缝伤损给出了建议性维修方法。
　　建议将层间离缝维修级别划分为三个等级，采用纵向长度、横向长度和离缝位置（板边、板中和轨下）三个参量进行维修判别标准界定。

目录

声明

摘要

第1章 概述

1．1 高速铁路板式轨道的类型和特点

1．1．1 高速铁路无砟轨道技术特点

1．1．2 国外高速铁路板式无砟轨道的类型和特点

1．1．3 国内高速铁路板式无砟轨道的类型和特点

1．2 CRSTⅢ板式轨道典型病害及研究现状

1．2．1 CRTSⅢ型板式轨道典型病害

1．2．2 板式轨道离缝研究现状

1．3 本文研究的意义和研究思路

1．3．1 本文的研究意义和内容

1．3．2 本文的研究思路

第2章 CRTSⅢ型板式轨道结构及离缝成因

2．1 CRSTⅢ型板式轨道结构特点

2．2 CRTSⅢ型板式轨道层间离缝理论研究

2．2．1 混凝土层裂结构理论

2．2．2 混凝土粘结界面薄弱理论

2．3 CRTSⅢ型板式轨道层间离缝成因

2．3．1 自密实混凝土材料原因

2．3．2 施工过程原因

2．3．3 外部环境及列车荷载原因

本章小结

第3章 CRTSⅢ型板式轨道离缝计算模型及参数

3．1 有限元计算模型

3．1．1 CRTSⅢ型板式轨道结构模型

3．1．2 门型筋及层间离缝模型

3．2 计算参数及荷载取值

3．2．1 轨道结构模型参数

3．2．2 离缝工况

3．2．3 荷载取值

本章小结

第4章 层间离缝下轨道结构受力分析

4．1 轨道板应力及位移分析

4．1．1 列车荷载作用下轨道板应力与位移分析

4．1．2 负温度梯度作用下轨道板应力与位移分析

4．1．3 正温度梯度作用下轨道板应力与位移分析

4．2 自密实混凝土层应力分析

4．2．1 列车荷载作用下自密实混凝土层应力分析

4．2．2 负温度梯度作用下自密实混凝土层应力分析

4．2．3 正温度梯度作用下自密实混凝土层应力分析

4．3 门型筋应力分析

4．3．1 列车荷载作用下门型筋应力分析

4．3．2 负温度梯度作用下门型筋应力分析

4．3．3 正温度梯度作用下门型筋应力分析

本章小结

第5章 门型筋周边混凝土应力分析

5．1 温度梯度作用下门型筋周边混凝土应力分析

5．1．1 负温度梯度作用下门型筋周边混凝土应力分析

5．1．2 正温度梯度作用下门型筋周边混凝土应力分析

5．2 荷载共同作用下门型筋周边混凝土受力分析

5．2．1 负温度梯度与列车荷载共同作用下门型筋周边混凝土受力分析

5．2．2 正温度梯度与列车荷载共同作用下门型筋周边混凝土受力分析

5．3 轨道板与自密实混凝土层间剪切应力分析

本章小结

第6章 CRTSⅢ型板式轨道离缝维修方法

6．1 离缝伤损等级划分

6．1．1 维修判别指标

6．1．2 离缝伤损限值

6．2 离缝伤损的维修方法

6．2．1 注浆设备

6．2．2 维修材料

6．2．3 维修工艺

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及参与的科研项目