基于粘弹性理论的CRTS Ⅱ型板离缝产生与劣化机理研究

摘要

作为高铁所采用的主要轨道结构形式，板式无砟轨道因其较好的连续性、平顺性和稳定性满足了高速铁路的需求。在温度和列车荷载的作用下，当荷载引起的应力超过轨道结构层间粘结强度时，就会造成离缝损伤从而破坏结构的完整性，引起力学性能的变化并严重影响列车的安全运行。为了延缓甚至避免离缝的产生，提高结构安全性、降低维修成本，研究人员利用有限元仿真模型对离缝的产生与劣化机理进行了大量研究。然而，现有的研究中CA砂浆层被假设为弹性材料，忽略了其粘弹性。这些过于理想化的模型往往无法准确反映轨道结构的真实情况，导致模拟结果可能存在较大偏差。
　　本文将Burgers模型作为粘弹性本构模型，并引入粘弹性参数，以CRTSⅡ型板式结构为主要研究对象，建立粘结模型、内聚力模型和离缝存在下的接触模型。基于上述模型，探究轨道结构在温梯和列车荷载耦合作用下的力学性能、层间离缝的产生与劣化机理以及离缝的位置和尺寸对其力学性能的影响。同时，通过复合试块试验与有限元分析，验证了引入粘弹性参数的合理性与准确性。
　　研究表明:基于粘弹性理论建立的模型，其应力、位移和离缝开口量较大，起裂温梯和贯通温梯较小，所产生离缝的位置和尺寸会对轨道结构的力学性能造成影响。在温梯和列车荷载耦合作用下，引起的应力和位移均大于荷载单独作用时，且其起裂温梯和贯通温梯较小。特别是当温梯较大时，离缝形成贯通，而且离缝高度受列车动载作用反复增减，导致轨道板拍打下部结构，极易发生裂缝等病害，从而影响结构的耐久性。综上所述，在分析轨道结构的力学性能和离缝产生与劣化机理时，基于粘弹性理论建立模型可以得到偏于安全的计算结果。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景

1．2 无砟轨道的发展与现状

1．2．1 国外无砟轨道的发展

1．2．2 国内无砟轨道的发展

1．3．1 CRTS Ⅱ型板式轨道的特点

1．3．2 存在的病害

1．4 CRTS Ⅱ型板力学性能研究现状

1．4．1 温度荷载作用

1．4．2 列车荷载作用

1．4．3 多种因素耦合作用

1．5 研究意义与技术路线

1．5．1 研究意义

1．5．2 研究内容与技术路线

1．6 创新点

2 基于粘弹性理论的CRTS Ⅱ型板模型

2．1 粘弹性理论简介

2．2 参数选取与工况设置

2．2．1 参数的选取

2．2．2 工况的设置

2．3 模型的建立

2．3．1 粘结模型

2．3．2 内聚力模型

2．3．3 存在离缝的模型

2．4 本章小结

3 粘弹性理论的验证

3．1 粘弹性模型和弹性模型力学性能的对比

3．1．1 温度梯度荷载

3．1．2 列车荷载

3．2 CA砂浆-混凝土复合试块试验

3．2．1 试验材料及方法

3．2．2 有限元模型计算结果

3．3 本章小结

4 温度梯度作用下离缝的产生和影响

4．1 温度梯度作用下离缝的产生

4．1．1 正温梯下离缝的产生

4．1．2 负温梯下离缝的产生

4．2 存在离缝的轨道结构在温度梯度作用下的力学性能

4．2．1 正温度梯度

4．2．2 负温度梯度

4．3 本章小结

5 列车荷载作用下离缝的产生和影响

5．1 列车动力荷载下离缝的产生

5．2 存在离缝的轨道结构在列车荷载作用下的力学性能

5．2．1 静力荷载

5．2．2 动力荷载

5．3 本章小结

6 温度梯度和列车荷载耦合作用下离缝的产生和影响

6．1．1 正温梯和列车动载耦合作用下离缝的产生

6．1．2 负温梯和列车动载耦合作用下离缝的产生

6．2 存在离缝的轨道结构在耦合荷载作用下的力学性能

6．2．1 正温梯和列车动载耦合作用

6．2．2 负温梯和列车动载耦合作用

6．3 本章小结

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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