高速鐵路無砟軌道空間精細(xì)化分析方法及其應(yīng)用研究.pdf

1、無砟軌道由于其諸多優(yōu)點(diǎn)，成為近年來我國(guó)高速鐵路最主要的軌道型式。我國(guó)高速鐵路建造規(guī)模大，建設(shè)周期短，無砟軌道在設(shè)計(jì)施工等方面積累經(jīng)驗(yàn)較少，對(duì)復(fù)雜條件下的無砟軌道服役性能研究也較為匱乏。目前，國(guó)內(nèi)多條高鐵線路運(yùn)營(yíng)后出現(xiàn)了一定程度的病害。
　　本文從無砟軌道設(shè)計(jì)理念出發(fā)，通過設(shè)計(jì)及檢算方法的創(chuàng)新、細(xì)部參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等手段，提出了無砟軌道精細(xì)化分析模型并將其應(yīng)用于無砟軌道設(shè)計(jì)、檢算及病害分析過程中。精細(xì)化分析模型主要由無砟軌道空間設(shè)計(jì)模型

2、、預(yù)應(yīng)力配筋檢算模型及精細(xì)化層間病害分析模型構(gòu)成。總而言之，本文的研究工作匯總?cè)缦?
　　(1)精細(xì)化建模過程中所需的主體參數(shù)整理及細(xì)部參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究工作。
　　對(duì)目前有著廣泛應(yīng)用的板式無砟軌道既有結(jié)構(gòu)尺寸、材料等參數(shù)進(jìn)行了梳理，確立了多種類型無砟軌道的細(xì)部參數(shù)。
　　針對(duì)精細(xì)化建模所需要的滑動(dòng)層摩擦系數(shù)、底座與基床表層粘結(jié)性能、銷釘限位能力等多項(xiàng)細(xì)部參數(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法設(shè)計(jì)，開展了多項(xiàng)細(xì)部參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，獲取了

3、大量細(xì)部參數(shù)，為無砟軌道精細(xì)化分析模型的建立奠定了參數(shù)基礎(chǔ)。
　　(2)無砟軌道空間設(shè)計(jì)模型研究及無砟軌道空間設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用研究工作。
　　利用精細(xì)化分析理念，建立了無砟軌道空間實(shí)體設(shè)計(jì)模型，考慮了無砟軌道各層的實(shí)體單元效應(yīng)及層間接觸方式、限位方式等大量細(xì)部參數(shù)。通過軟件二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了空間模型內(nèi)力及彎矩的快速、準(zhǔn)確提取，對(duì)內(nèi)力提取方法進(jìn)行了理論驗(yàn)證，該方法為無砟軌道空間實(shí)體設(shè)計(jì)方法的實(shí)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(duì)梁-板-板分析模型與本文所建立的空間分析模型進(jìn)行了對(duì)比，并對(duì)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(jìn)行了研究，從而說明空間設(shè)計(jì)模型的可靠性及優(yōu)勢(shì)。利用所建立的空間設(shè)計(jì)模型，對(duì)縱連式無砟軌道在過渡段處的縱向傳力體系進(jìn)行了細(xì)致的分析，對(duì)過渡段無砟軌道設(shè)置方式給出了相關(guān)建議。
　　(3)無砟軌道預(yù)應(yīng)力檢算模型研究及無砟軌道預(yù)應(yīng)力檢算及預(yù)應(yīng)力筋破壞影

5、響評(píng)估等研究工作。
　　在精細(xì)化無砟軌道分析模型中引入預(yù)應(yīng)力配筋，對(duì)預(yù)應(yīng)力配筋檢算模型建模方法進(jìn)行了介紹，并對(duì)施加預(yù)應(yīng)力后無砟軌道預(yù)壓力狀況與設(shè)計(jì)值進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了本文所建立的預(yù)應(yīng)力配筋模型的可靠性。對(duì)目前大范圍推廣的CRTSⅢ型板式無砟軌道在預(yù)應(yīng)力荷載下的受力與變形特性進(jìn)行了細(xì)致的分析，并對(duì)預(yù)應(yīng)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(jìn)行了研究。
　　針對(duì)目前CRTSⅠ型板式無砟軌道運(yùn)營(yíng)過程中所發(fā)

6、現(xiàn)的預(yù)應(yīng)力筋破壞現(xiàn)象，對(duì)CRTSⅠ型板式無砟軌道不同預(yù)應(yīng)力筋破壞下的軌道板附加荷載效應(yīng)及對(duì)層間應(yīng)力的影響進(jìn)行了評(píng)估。
　　(4)無砟軌道精細(xì)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(jī)理研究工作。
　　針對(duì)目前無砟軌道病害多發(fā)生于層間的特點(diǎn)，建立了能夠模擬層間離縫產(chǎn)生及演變過程的精細(xì)化層間病害分析模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無砟軌道層間離縫進(jìn)行精確的模擬，利用單軌枕頂推破壞試驗(yàn)對(duì)所建立的病害分析模型進(jìn)

7、行了驗(yàn)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(duì)不同層間粘結(jié)強(qiáng)度下離縫隨溫度梯度的發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了研究，得出了不同層間粘結(jié)強(qiáng)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(duì)層間離縫深度演變過程進(jìn)行了分析，從而對(duì)層間離縫產(chǎn)生及演變規(guī)律進(jìn)行了細(xì)致的研究，根據(jù)目前溫度梯度相關(guān)規(guī)定，對(duì)層間粘結(jié)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)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(duì)不同粘結(jié)強(qiáng)度下支承層下離縫隨基礎(chǔ)變形的發(fā)展關(guān)系進(jìn)行了研究，分別對(duì)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(shí)沉降幅值進(jìn)行了研究，從而給出了支承層與基床表層間粘結(jié)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)建議。
　　本文所提出的精細(xì)化分析理念，對(duì)推動(dòng)我國(guó)無砟軌道設(shè)計(jì)、檢算方法發(fā)展及提升無砟軌道設(shè)計(jì)精度有著較大的幫助，文中通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所獲取的細(xì)部參數(shù)也可為今后無砟軌道設(shè)計(jì)提供參數(shù)依據(jù)。精細(xì)化層間病害分析模型也將成