框架型板式軌道水泥乳化瀝青砂漿傷損及維修標(biāo)準(zhǔn)研究.pdf

1、隨著世界范圍內(nèi)高速、重載鐵路運輸?shù)目焖侔l(fā)展，輪軌系統(tǒng)間動力作用不斷加劇，軌道各零部件的變形失效明顯加快。水泥乳化瀝青砂漿層作為板式軌道關(guān)鍵結(jié)構(gòu)層，主要起到支承、緩沖與調(diào)整等功能，其性能的優(yōu)劣甚至決定著板式軌道的成敗。
　　 實踐表明，水泥乳化瀝青砂漿材料性能復(fù)雜，并且對自然環(huán)境和列車荷載十分敏感，在其服役期間難以避免會產(chǎn)生各種病害，給軌道結(jié)構(gòu)受力和行車安全帶來隱患。目前就砂漿傷損對軌道結(jié)構(gòu)受力和輪軌系統(tǒng)動力特性的影響尚不明確，也

2、缺乏水泥乳化瀝青砂漿的維修標(biāo)準(zhǔn)。本文主要針對框架型板式軌道低彈模水泥乳化瀝青砂漿傷損進(jìn)行研究，主要包括以下研究內(nèi)容和結(jié)論:
　　 (1)基于現(xiàn)場調(diào)查和試驗研究，針對水泥乳化瀝青砂漿傷損特征進(jìn)行了總結(jié)，將砂漿病害劃分為自身傷損、界面?zhèn)麚p和遺留缺陷三類。并且從砂漿微觀結(jié)構(gòu)特征和環(huán)境適應(yīng)性等方面出發(fā)，闡述了砂漿材料性能劣化規(guī)律，為解釋砂漿傷損的產(chǎn)生原因和發(fā)展機(jī)理提供一定的參考。
　　 研究表明，砂漿材料對自然環(huán)境十分敏感，砂漿

3、傷損或缺陷的產(chǎn)生和發(fā)展表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料性能、自然環(huán)境、列車荷載和施工質(zhì)量等多重不利因素耦合作用的結(jié)果，其中溫度和水壓力作用是導(dǎo)致砂漿材料性能劣化的重要因素之一，而改善砂漿材料環(huán)境適應(yīng)性、提高施工過程質(zhì)量控制和優(yōu)化砂漿受力條件是保證砂漿維持長期耐久的基本途徑。
　　 (2)通過合理力學(xué)簡化，采用有限單元法，建立框架型板式軌道靜力學(xué)分析模型，利用生死單元技術(shù)和接觸分析理論，有效模擬砂漿傷損以及砂漿層與軌道板之間的層間界面關(guān)系，考

4、慮列車荷載和溫度梯度單獨或耦合作用時，針對不同形式、長度和深度的砂漿傷損對軌道結(jié)構(gòu)受力的影響進(jìn)行深入研究。
　　 通過靜力分析表明，砂漿傷損對軌道板和砂漿層受力最為不利，而對底座板受力的影響相對較小;當(dāng)砂漿傷損長度或深度超過約0.20m～0.30m時，砂漿傷損對軌道結(jié)構(gòu)受力的影響開始變得明顯;當(dāng)砂漿沿軌道橫向完全傷損，而砂漿傷損沿縱向長度達(dá)到約0.80m左右時，軌道板拉應(yīng)力可能超限而產(chǎn)生開裂，砂漿垂向壓應(yīng)力也迅速增加，必將嚴(yán)重降

5、低傷損鄰近區(qū)域砂漿疲勞使用壽命;砂漿傷損作為板式軌道主要病害形式之一，對軌道結(jié)構(gòu)受力和耐久性的影響較為明顯。
　　 (3)針對遂渝線鋪設(shè)的框架型板式軌道水泥乳化瀝青砂漿病害進(jìn)行現(xiàn)場動態(tài)測試，評估了砂漿傷損對軌道系統(tǒng)垂向動力特性的影響和現(xiàn)場維修技術(shù)的修復(fù)效果。
　　 通過現(xiàn)場試驗表明，鋼軌垂向動力響應(yīng)受砂漿傷損的影響較小，而軌道板垂向動力響應(yīng)對砂漿傷損較為敏感;相比行車速度而言，列車軸重的影響更為明顯，說明砂漿傷損的產(chǎn)生可

6、能與列車軸重有關(guān);砂漿傷損經(jīng)修復(fù)后，軌道板底部支承狀態(tài)短期內(nèi)得以明顯改善，但是修補(bǔ)材料自身和粘結(jié)界面的耐久性仍值得關(guān)注。
　　 (4)基于輪軌系統(tǒng)動力學(xué)理論，借助有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA，將砂漿傷損加以合理力學(xué)簡化，建立車輛-框架型板式軌道垂向耦合振動空間模型，并將理論計算與現(xiàn)場試驗結(jié)果進(jìn)行對比分析以驗證理論計算的有效性。在此基礎(chǔ)之上，分析了不同形式、長度和深度的砂漿傷損對車輛和軌道系統(tǒng)垂向動力特性的影響，評價砂

7、漿傷損對行車安全平穩(wěn)性和軌道系統(tǒng)垂向動力特性的影響。
　　 通過動力分析表明，砂漿傷損劣化將引起軌道剛度局部突變，形成軌道動態(tài)不平順，加劇輪軌系統(tǒng)振動，降低行車安全性和平穩(wěn)性，尤其是相鄰板端砂漿傷損的影響最為不利，而板邊砂漿傷損形式的影響相對較小;對于板端砂漿傷損形式，當(dāng)砂漿傷損沿縱向長度超過0.60m～0.80m時，輪軌系統(tǒng)間動力作用明顯加劇，此時由砂漿傷損引起的軌道動態(tài)不平順開始起主導(dǎo)作用，最大輪軌垂向力、減載率以及車體、轉(zhuǎn)

8、向架和輪對垂向振動加速度出現(xiàn)陡增，必將加速軌道部件傷損，降低行車安全性和平穩(wěn)性;砂漿傷損劣化對軌道系統(tǒng)振動的影響遠(yuǎn)高于對行車的影響，表現(xiàn)為扣件上拔力、軌道板垂向振動加速度、砂漿垂向動壓應(yīng)力、鋼軌及軌道板垂向位移等均隨著砂漿傷損長度的增大而急劇增加，尤其當(dāng)砂漿傷損沿縱向長度超過0.60m～0.80m時，軌道各部件動力響應(yīng)急劇增加，當(dāng)相鄰兩塊軌道板端部砂漿傷損沿縱向長度均達(dá)到1.538m時，可能造成鋼軌垂向位移和扣件上拔力超限，此時砂漿垂向

9、動壓應(yīng)力為正常情況的10倍以上，表明砂漿傷損對鄰近區(qū)域砂漿受力的影響極為明顯，可能會嚴(yán)重降低鄰近區(qū)域砂漿疲勞壽命。
　　 (5)通過分析軌道部件劣化規(guī)律，結(jié)合砂漿傷損特征和預(yù)防性維修原理，基于軌道結(jié)構(gòu)靜動力學(xué)理論分析，并且從砂漿疲勞壽命角度出發(fā)，初步提出了框架型板式軌道水泥乳化瀝青砂漿維修級別和判別標(biāo)準(zhǔn)。
　　 研究表明，砂漿疲勞壽命受溫度和砂漿應(yīng)力影響很大;將水泥乳化瀝青砂漿維修級別劃分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級三個等級，并根