桥上CRTSⅡ型板式轨道假缝开裂及其影响研究

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CRTS II型板式无砟轨道在我国高速铁路系统中有着广泛的应用。目前,在京沪高铁、京津城际、石武客专等线路上均采用的是Ⅱ型板轨道。Ⅱ型板为纵连结构,在温度荷载等因素作用下极易产生裂缝。为了控制轨道板裂纹的无序发展,在轨道板上设置有假缝,假缝开裂后,会影响到轨道结构的受力特性,对轨道结构各部件的正常工作及耐久性也会产生不利的影响。本文针对Ⅱ型板假缝的开裂,主要进行了以下几方面的研究:(1)根据现场调研结果,总结了各种类型的板式无砟轨道的裂纹发展形式。对于Ⅱ型板,调研结果显示,其裂纹除了发生在假缝处外,在非假缝处及宽接缝新旧混凝土交界处,同样存在裂纹。(2)通过合理的力学简化,建立了桥上CRTS II型板式无砟轨道静力学模型,采用有限元方法计算分析了不同工况下的假缝开裂特点。研究结果表明,正温度梯度或列车荷载作用下,假缝不会发生开裂;而在负温度梯度达到50℃/m时或者整体降温幅度达到15℃时,假缝处裂尖应力强度因子超过了混凝土断裂韧度,表明此时假缝有出现开裂的可能。如果砂浆与轨道板之间出现了离缝,会对假缝的开裂产生一定的影响,其中在负温度梯度下,离缝抑制假缝的开裂,在整体降温工况下,离缝加剧假缝的开裂。假设某一条假缝已经贯通开裂,同时考虑到假缝贯通开裂所导致的砂浆层离缝的连带产生,那么这会影响到其周边假缝的开裂,即某一条假缝出现开裂,那么与其相邻的假缝将不易再出现开裂。(3)针对轨道板假缝的开裂,分析了假缝开裂后轨道结构各部件的受力变化情况。结果表明,假缝开裂后,轨道结构各部件(包括轨道板、砂浆层、底座板、纵连钢筋)应力分布均发生显著的变化。假缝的开裂对轨道板受力有利,对砂浆层及纵连钢筋受力都会产生不利的影响,特别是在假缝贯通开裂处,其应力均会发生突变。在整体降温10℃工况下,假缝的贯通开裂会导致砂浆层的连带破坏,在正温度梯度40℃/m及负温度梯度20℃/m工况下,假缝的开裂不会导致砂浆层的连带破坏。在正温度梯度40℃/m、负温度梯度20℃/m工况下,假缝的开裂不会导致底座板的连带破坏,在整体降温10℃工况下,考虑到砂浆层与底座板之间的粘结破坏后,假缝的开裂也不会导致底座板的连带破坏。
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