含裂纹CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道受力分析

论文摘要

随着国内高铁的发展和客运专线的大范围修建,无砟轨道设计理论也得到了快速的发展与应用。由钢筋和混凝土组成的无砟轨道主体结构受列车荷载及温度应力等多种因素的影响,开裂难以避免。道床裂纹可能对轨道的受力及轮轨系统的振动产生影响,从而影响无砟轨道的长期使用寿命。因此,有必要建立含裂纹无砟轨道分析模型对无砟轨道的受力特性进行研究,为无砟轨道的优化设计及其养护维修提供必要的理论基础。为了研究含裂纹CRTSⅠ型双块式无砟轨道的受力,根据其结构特征,本文首先以有限单元法为基础,建立了含初始裂纹的CRTSⅠ型双块式无砟轨道空间有限元实体模型,并考虑了钢筋与混凝土的相互作用以及混凝土的弹塑性(即材料非线性)；然后分析了列车荷载下含裂纹无砟轨道道床板变形、道床底面横向等深裂纹的裂纹张开量和道床板纵向钢筋应力分布,以及裂纹深度和轨道板配筋率对裂纹张开量和道床板纵向钢筋应力的影响；接着分析了温度应力下含裂纹无砟轨道受力,求出了裂纹张开量和道床板纵向钢筋应力,并分析了裂纹深度、配筋率及整体温度变化取值等因素对裂纹张开量和道床板纵向钢筋应力的影响；最后综合考虑了列车荷载和温度应力共同作用时含裂纹CRTSⅠ型双块式无砟轨道的受力,求出了此时的裂纹张开量和道床板纵向钢筋应力,并分析了裂纹深度和道床板配筋率对裂纹张开量和道床板纵向钢筋应力的影响。通过以上分析,最后得出结论：(1)在列车荷载作用下,裂纹张开量随着裂纹深度的增加而逐步增大；在一定范围内,道床板配筋率对无砟轨道裂纹张开量没有影响：(2)温度应力作用下,裂纹深度、道床板配筋率对裂纹张开量和裂纹处道床板下层纵向钢筋应力的影响均不明显；从裂纹张开量的量值上看,比列车荷载作用下的裂纹张开量大一个数量级；对同一深度的裂纹,随着整体温降值的增大,道床板裂纹张开量和纵向钢筋拉应力均线性增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无砟轨道裂纹产生原因
• 1.2.1 混凝土的损伤断裂过程
• 1.2.2 无砟轨道裂纹产生原因
• 1.3 本文主要工作
• 1.4 本文创新点
• 第2章 含裂纹无砟轨道空间有限元模型
• 2.1 无砟轨道空间有限元模型
• 2.2 裂纹模型
• 2.3 模型尺寸及参数
• 2.4 计算假定
• 第3章 列车荷载下含裂纹无砟轨道受力分析
• 3.1 列车荷载下无裂纹无砟轨道受力
• 3.1.1 道床板变形
• 3.1.2 道床板应力
• 3.1.3 道床板纵向钢筋应力
• 3.2 列车荷载下含裂纹无砟轨道受力
• 3.2.1 道床板变形
• 3.2.2 裂纹张开量
• 3.2.3 道床板纵向钢筋应力
• 3.3 裂纹深度对无砟轨道受力的影响
• 3.3.1 裂纹张开量
• 3.3.2 道床板纵向钢筋应力
• 3.4 配筋率对无砟轨道受力的影响
• 3.4.1 裂纹张开量
• 3.4.2 道床板纵向钢筋应力
• 3.5 小结
• 第4章 温度应力下含裂纹无砟轨道受力分析
• 4.1 无砟轨道整体温度变化取值
• 4.2 温度应力作用下含裂纹无砟轨道受力
• 4.2.1 裂纹张开量
• 4.2.2 道床板纵向钢筋应力
• 4.3 裂纹深度对无砟轨道受力的影响
• 4.3.1 裂纹张开量
• 4.3.2 道床板纵向钢筋应力
• 4.4 配筋率对无砟轨道受力的影响
• 4.4.1 裂纹张开量
• 4.4.2 道床板纵向钢筋应力
• 4.5 整体温度变化取值对无砟轨道受力的影响
• 4.5.1 裂纹张开量
• 4.5.2 道床板纵向钢筋应力
• 4.6 小结
• 第5章 列车荷载和温度应力共同作用下含裂纹无砟轨道受力分析
• 5.1 列车荷载和温度应力共同作用下无裂纹无砟轨道受力
• 5.1.1 道床板应力
• 5.1.2 道床板纵向钢筋应力
• 5.2 列车荷载和温度应力共同作用下含裂纹无砟轨道受力
• 5.2.1 裂纹张开量
• 5.2.2 道床板纵向钢筋应力
• 5.3 裂纹深度对无砟轨道受力的影响
• 5.3.1 裂纹张开量
• 5.3.2 道床板纵向钢筋应力
• 5.4 配筋率对无砟轨道受力的影响
• 5.4.1 裂纹张开量
• 5.4.2 道床板纵向钢筋应力
• 5.5 小结
• 第6章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 有待进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献