桥上纵连板式无砟轨道底座板耐久性研究

摘要

无砟轨道结构的耐久性是影响其技术经济合理性的重要因素，我国无砟轨道一般不进行耐久性设计和检算，因此有必要对无砟轨道结构耐久性进行研究。其中裂缝控制和疲劳检算是耐久性设计中的主要内容。 桥上纵连板式无砟轨道在结构组成和设计理论上有其特殊性，核心结构是底座板。本文对耐久性的两个主要因素——裂缝和疲劳进行了研究，分析了底座板裂缝的产生原因和影响，以及底座板的抗疲劳状况； 本论文研究了德国博格公司采用的基于刚度折减的底座板设计方法，结合我国混凝土结构裂缝宽度计算方法，对底座板裂缝宽度进行了检算。研究表明，基于刚度折减的底座板轴向拉压理论与我国混凝土结构裂缝计算方法有一定相关性，可以计算不同条件下的最大裂缝宽度。影响裂缝宽度的主要因素是配筋率，为满足现有规范对裂缝宽度要求，需要较大的配筋率。 本论文建立了桥上纵连板式无砟轨道底座板疲劳检算模型，该模型采用三维实体单元模拟各主要结构，考虑了底座板的抗弯刚度，可分析结构的受力、变形和局部应力，分析问题更加全面细致。计算表明，底座板的疲劳性能主要取决于应力水平和钢筋疲劳极限。混凝土结构设计规范中规定的钢筋疲劳应力幅较为宽泛，而基于钢筋S-N曲线和无砟轨道寿命要求得到的钢筋疲劳应力幅较为苛刻。 轨道板、砂浆和底座板在长期工作中不可避免出现开裂，造成抗弯刚度折减，考虑这方面因素，对底座板受力进行分析，计算表明底座板弯矩和钢筋受力有所变化。

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文摘

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致谢

1 绪论

1.1 无砟轨道发展现状

1.1.1 国外发展现状

1.1.2 国内发展现状

1.2 桥上纵连板式无砟轨道结构分析

1.3 无砟轨道耐久性研究现状

1.3.1 裂缝与疲劳设计方法研究现状

1.3.2 无砟轨道裂缝与疲劳的试验研究

1.4 研究意义及主要内容

2 底座板耐久性因素分析

2.1 底座板裂缝产生原因及影响

2.2 底座板疲劳情况

3 桥上纵连板式无砟轨道底座板裂缝研究

3.1 刚度折减模型

3.2 最大裂缝宽度计算方法

3.3 裂缝宽度检算

3.4 裂缝宽度影响因素

4 桥上纵连板式无砟轨道底座板疲劳检算

4.1 疲劳检算方法

4.2 疲劳检算荷载及组合

4.3 疲劳检算模型

4.3.1 有限元方法及单元简介

4.3.2 计算假定

4.3.3 有限元模型的建立

4.4 疲劳荷载下底座板受力分析

4.4.1 列车荷载和桥面挠曲下底座板受力分析

4.4.2 温度梯度作用下底座板受力分析

4.4.3 疲劳荷载共同作用下底座板受力分析

4.5 混凝土和钢筋疲劳检算

4.5.1 混凝土疲劳检算

4.5.2 钢筋疲劳检算

4.5.3 基于钢筋S-N曲线的疲劳检算

5 刚度折减影响研究

5.1 底座板抗弯刚度折减原因及考虑方法

5.2 底座板抗弯刚度折减的影响

5.3 轨道板和砂浆抗弯刚度折减的影响

5.4 抗弯刚度均折减的影响

6 结论与展望

6.1 本论文主要工作及得到的结论

6.2 需要进一步研究的问题

参考文献

作者简历