【摘 要】
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传统的有砟轨道结构在受到外部荷载及振动时,道砟会出现破碎、粉化等劣化形式,从而导致道床非均匀性累积变形,进而影响了轨道结构的长期稳定性。而以聚氨酯固化道床技术为代表的弹性固化道床技术作为一种兼具了有砟轨道与无砟轨道结构优点的轨道结构,可以有效延缓道砟颗粒的破碎和粉化,从而起到减少道床累积变形的效果。但聚氨酯固化道床结构整体造价偏高,浇注条件及工艺要求较为严格等问题,制约了其进一步的推广及应用。因此
【基金项目】
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国家自然科学基金(52078130); 中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划(P2019G030)
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传统的有砟轨道结构在受到外部荷载及振动时,道砟会出现破碎、粉化等劣化形式,从而导致道床非均匀性累积变形,进而影响了轨道结构的长期稳定性。而以聚氨酯固化道床技术为代表的弹性固化道床技术作为一种兼具了有砟轨道与无砟轨道结构优点的轨道结构,可以有效延缓道砟颗粒的破碎和粉化,从而起到减少道床累积变形的效果。但聚氨酯固化道床结构整体造价偏高,浇注条件及工艺要求较为严格等问题,制约了其进一步的推广及应用。因此,基于经济性和技术可行性的考虑采用沥青材料来对传统的有砟轨道结构进行固化,从而形成一种新型的沥青弹性固化道床结构。本文以沥青弹性固化道床结构为主要研究对象,分析了其在列车荷载作用下的动力响应,并对其长期蠕变行为进行了预估,为沥青弹性固化道床结构的设计和在工程实际中的应用提供了理论参考。本文首先确定了沥青弹性固化道床结构中沥青固化模块的黏弹性本构模型,选用广义Maxwell模型并开展动态模量试验来确定材料的黏弹性参数。借鉴聚氨酯轨下双预制块式固化道床这一结构形式,建立了沥青弹性固化道床有限元分析模型。根据秦沈客专基床表层的动力响应数据以及隧道内聚氨酯装配式弹性道床结构支撑刚度数据,验证了模型建立的合理性与有效性。研究发现,相较于传统碎石道床结构,沥青弹性固化道床结构可以有效减小基床的动变形,并可以起到良好的应力吸收,减小道床累积变形的作用。此外,对不同的影响因素如沥青固化模块厚度、宽度和列车行驶速度、服役环境温度以及沥青材料等对结构动力响应的影响进行了分析,并给出了沥青固化模块尺寸的合理范围。针对沥青固化模块受到上部结构自重以及列车动载这两种不同的荷载作用方式,通过开展不同温度下的短期蠕变性能模拟分析,并基于时间—温度等效原理通过非线性拟合得到了沥青固化模块的静态、动态蠕变柔量主曲线。结合沥青混凝土基床表层温度场年变化数据,计算得出在60年设计使用寿命期间在上部结构自重长期作用下和在列车动载长期作用下的累积变形,从而对沥青弹性固化道床结构的长期蠕变行为进行了预估。
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