crtsⅰ型板式轨道ca砂浆动态力学性能试验及理论研究

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1、CRTSⅠ型板式轨道CA砂浆动态力学性能试验及理论研究第1章绪论1.1引言铁路是一个国家的重要基础设施，也是国民经济的大动脉。我国由于人口、资源、工业布局和地区经济发展极不平衡，使得铁路承担着每年上万亿吨大宗货物和战备物资的货运周转、数千亿人公里旅客周转量，这些都决定了铁路这一绿色、环保、安全、便捷和大容量的运输方式，对保障我国经济持续健康发展、提高人民生活水平、促进国土资源开发和国防建设、构建和谐社会，起着极其重要的作用。我国从1997年以来对铁路进行了六次全国范围内的大提速，提速后尽管能在一定程度上缓解铁路运输能力的紧张局势，但总体上

2、依然运能不足。随着国民经济发展，人们对铁路运输特别是客运能力要求也不断提高，因此我国开始发展高速铁路。高速铁路(High-speedRail/h以上的高速列车[8]，但有昨轨道在高速列车的反复作用下，容易造成残余变形累积快，且沿线路方向变形积累和轨道刚度分布不均勻，造成轨道不平顺，影响列车运行的舒适性和安全性，并显著增加轨道的养护维修工作量[4]，与高速铁路的高稳定性和少维修性不相适应。针对有昨轨道应用于高速铁路存在的问题，国内外对有碎轨道采取了较多的改进措施，如增大轨枕支承面积，采用重型轨枕、宽轨枕[11]、框架型轨枕[12]、纵向轨

3、枕等新型结构，增大扣件弹性[4]，在轨底或道昨下增设弹性层]等，但这些措施并没有从根本上解决这些问题。同时有昨轨道在高速铁路上的应用还受到诸如限制轨道临界速度的提高[18，19]、桥上道炸振动液化、高速行车时道炸飞溅、特级道碎资源匮乏等因素的制约[4]，为提高轨道在高速行车下的稳定性和平顺性，减少轨道的养护维修工作量，世界各国的高速铁路都铺设无昨轨道结构。..1.2CRTSI型板式无碎轨道与水泥乳化浙青砂浆目前我国、德国及日本等发达国家，高速铁路均广泛应用无昨轨道结构，无砟轨道取消了道昨层，采用混凝土或浙青材料作为道床，具有轨道稳定性

4、高、刚度均匀性好、结构耐久性好、使用寿命长、寿命周期成本低、养护维修工作量少等优点，无昨轨道按照建筑工艺可分为现饶混凝土式和预制板式(简称板式)，板式无碎轨道具有以下特点：(1)轨道板在工厂内采用预制施工工艺，保证了制造质量和精度，同时其生产进度不受现场的施工条件限制;(2)预制轨道板可用汽车运输，并通过龙门吊直接在线路上施工，不需要进行二次搬运;(3)板式轨道的主要施工工艺集中于底座板施工、轨道板精调以及CA砂浆充填层的灌注工艺;(4)填充于轨道板与混凝土底座之间的CA砂浆充填层主要为方便施工与维修而设置，但也是最易出现伤损的结构层;(

5、5)板式无昨轨道也存在制造施工工艺复杂，初期投资成本相对较高的缺点。..第2章水泥乳化浙青砂浆层的应变速率研究水泥乳化沥青砂浆充填层在其实际服役过程中承受列车动荷载作用，水泥乳化浙青砂浆充填层必然处于动态加载过程，因此有必要研究其实际服役过程中的应变速率，为室内试验的开展提供相应的理论依据。水泥乳化筋青砂浆(CA砂浆)充填层本身并不是线弹性材料，而是一种粘弹性材料。然而，国内外研究者目前所用的板式无碎轨道弹性地基梁模型、梁板模型和梁体模型中均将CA砂浆充填层简化为线弹性材料，无法真实反映板式无昨轨道的受力特性。为此，本章以单轴静载婦变

6、试验为基础，研究了CA砂浆的粘弹性特性，基于试验结果建立了能充分考虑CA砂浆充填层粘弹性特性的单元板式无昨轨道计算模型，并研究了不同工况下水泥乳化沥青砂浆层的应变速率，从而为水泥乳化浙青砂浆充填层的室内试验提供理论支撑。2.1水泥孰化浙青砂浆的粘弹性特性研究水泥乳化浙青砂浆是一种浙青形成网络结构的有机-无机复合材料，与公路的热拌浙青混合料相似，具有典型的粘弹性特性，其力学性能对温度和时间具有很强的依赖性。粘弹性材料在低温、小变形的范围可认为是线弹性体，在高温、大变形情况下则属于粘塑性体，但在一般的温度、变形范围内为粘弹性体。粘弹性材料的

7、力学性能符合时温叠加原理，并具有明显的螺变和应力松驰现象。CA砂浆是一种弹性和粘性的综合体，CA砂浆的变形随荷载的作用时间延长和温度的升降而变化。粘弹性材料的应变和应力在恒定荷载作用下随时间变化的现象称为禱变或松驰，粘弹性材料的蠕变和松驰现象是研究其粘弹性行为最基本的方法[127]。在恒定的加载作用下，弹性材料的响应为单值函数，为定值，不随时间而变化;在恒定的应变或应力作用下，粘弹性材料对应的应力或应变为变值，随时间而变化螺变试验可模拟CA砂浆发生变形破坏的全过程，通过在一定温度下，测试CA砂装试件_变过程中变形和时间的关系，得到螺变曲线

8、，从而评价CA砂浆的粘弹特性。2.2板式无碎轨道粘弹性计算模型及其验证无咋轨道的计算理论以德国和日本最具代表性，德国无碎轨道静力设计理论都是以Eisenmann建立的叠合梁理论进行结构计算，是