高速鐵路無砟軌道空間精細化分析方法及其應用研究.pdf

1、無砟軌道由于其諸多優(yōu)點，成為近年來我國高速鐵路最主要的軌道型式。我國高速鐵路建造規(guī)模大，建設周期短，無砟軌道在設計施工等方面積累經(jīng)驗較少，對復雜條件下的無砟軌道服役性能研究也較為匱乏。目前，國內(nèi)多條高鐵線路運營后出現(xiàn)了一定程度的病害。
　　本文從無砟軌道設計理念出發(fā)，通過設計及檢算方法的創(chuàng)新、細部參數(shù)現(xiàn)場試驗等手段，提出了無砟軌道精細化分析模型并將其應用于無砟軌道設計、檢算及病害分析過程中。精細化分析模型主要由無砟軌道空間設計模型

2、、預應力配筋檢算模型及精細化層間病害分析模型構成?？偠灾?，本文的研究工作匯總如下:
　　(1)精細化建模過程中所需的主體參數(shù)整理及細部參數(shù)的現(xiàn)場試驗研究工作。
　　對目前有著廣泛應用的板式無砟軌道既有結構尺寸、材料等參數(shù)進行了梳理，確立了多種類型無砟軌道的細部參數(shù)。
　　針對精細化建模所需要的滑動層摩擦系數(shù)、底座與基床表層粘結性能、銷釘限位能力等多項細部參數(shù)進行了現(xiàn)場測試方法設計，開展了多項細部參數(shù)的現(xiàn)場測試，獲取了

3、大量細部參數(shù)，為無砟軌道精細化分析模型的建立奠定了參數(shù)基礎。
　　(2)無砟軌道空間設計模型研究及無砟軌道空間設計方法的應用研究工作。
　　利用精細化分析理念，建立了無砟軌道空間實體設計模型，考慮了無砟軌道各層的實體單元效應及層間接觸方式、限位方式等大量細部參數(shù)。通過軟件二次開發(fā)實現(xiàn)了空間模型內(nèi)力及彎矩的快速、準確提取，對內(nèi)力提取方法進行了理論驗證，該方法為無砟軌道空間實體設計方法的實現(xiàn)提供了工具。
　　以典型的多層無

4、砟軌道體系-CRTSⅡ型板式無砟軌道為例，對梁-板-板分析模型與本文所建立的空間分析模型進行了對比，并對梁-板-板分析模型無法分析的單元板式無砟軌道在溫梯荷載下的翹曲變形特性及溫梯下的內(nèi)力進行了研究，從而說明空間設計模型的可靠性及優(yōu)勢。利用所建立的空間設計模型，對縱連式無砟軌道在過渡段處的縱向傳力體系進行了細致的分析，對過渡段無砟軌道設置方式給出了相關建議。
　　(3)無砟軌道預應力檢算模型研究及無砟軌道預應力檢算及預應力筋破壞影

5、響評估等研究工作。
　　在精細化無砟軌道分析模型中引入預應力配筋，對預應力配筋檢算模型建模方法進行了介紹，并對施加預應力后無砟軌道預壓力狀況與設計值進行了對比，驗證了本文所建立的預應力配筋模型的可靠性。對目前大范圍推廣的CRTSⅢ型板式無砟軌道在預應力荷載下的受力與變形特性進行了細致的分析，并對預應力配筋荷載與車輛、溫度等荷載耦合狀況下的無砟軌道的受力與變形特性進行了研究。
　　針對目前CRTSⅠ型板式無砟軌道運營過程中所發(fā)

6、現(xiàn)的預應力筋破壞現(xiàn)象，對CRTSⅠ型板式無砟軌道不同預應力筋破壞下的軌道板附加荷載效應及對層間應力的影響進行了評估。
　　(4)無砟軌道精細化層間病害分析模型研究及砂漿層-軌道板間離縫、底座板-基床表層間離縫產(chǎn)生及演變機理研究工作。
　　針對目前無砟軌道病害多發(fā)生于層間的特點，建立了能夠模擬層間離縫產(chǎn)生及演變過程的精細化層間病害分析模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對無砟軌道層間離縫進行精確的模擬，利用單軌枕頂推破壞試驗對所建立的病害分析模型進

7、行了驗證，說明模型的可靠性。
　　利用本文所建立的CRTSⅡ型板式無砟軌道砂漿層-軌道板間離縫病害分析模型，對不同層間粘結強度下離縫隨溫度梯度的發(fā)展規(guī)律進行了研究，得出了不同層間粘結強度下層間離縫開始產(chǎn)生及離縫貫通的臨界溫度梯度，并對層間離縫深度演變過程進行了分析，從而對層間離縫產(chǎn)生及演變規(guī)律進行了細致的研究，根據(jù)目前溫度梯度相關規(guī)定，對層間粘結強度的設計范圍給出了合理的建議。
　　利用本文所建立的CRTSⅡ型板式無砟軌道支

8、承層-基床表層離縫病害分析模型，對不同粘結強度下支承層下離縫隨基礎變形的發(fā)展關系進行了研究，分別對單波余弦式沉降和半波余弦式階梯沉降變形下層間初始離縫和貫通離縫時沉降幅值進行了研究，從而給出了支承層與基床表層間粘結強度的設計建議。
　　本文所提出的精細化分析理念，對推動我國無砟軌道設計、檢算方法發(fā)展及提升無砟軌道設計精度有著較大的幫助，文中通過現(xiàn)場試驗所獲取的細部參數(shù)也可為今后無砟軌道設計提供參數(shù)依據(jù)。精細化層間病害分析模型也將成