碳化作用下基于可靠度轨道板耐久性研究

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1、碳化作用下基于可靠度轨道板耐久性研究　　【摘要】铁路线路一般处于各种复杂的环境当中，轨道结构在承受列车荷载和温度荷载作用的同时，也受到环境的影响。无砟轨道结构暴露在大气环境中，其耐久性必然受到大气环境的影响。轨道板混凝土碳化会引起轨道板内钢筋锈蚀，钢筋锈蚀会导致结构过早破坏，严重影响结构的使用寿命。【关键词】无砟轨道；耐久性；碳化；可靠度1.轨道板混凝土碳化分析1.1混凝土碳化机理[1]混凝土碳化是指结构所处环境中的CO2与混凝土表面接触并渗透至内部，与混凝土中的Ca（OH）2发生反应的过程[1]。碳化降低了混凝土的碱度，导致

2、钢筋表面的钝化膜被破坏，使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋在有空气和水分存在的情况下开始锈蚀，钢筋的锈蚀使结构承载能力降低，最终导致结构失效破坏。总之，碳化对结构的耐久性的影响主要反映在碳化使混凝土的PH值降低，破坏了混凝土中钢筋的钝化膜，降低了混凝土的耐久性。1.2轨道板混凝土碳化深度随机模型4西安建筑科技大学牛荻涛等人根据混凝土碳化的影响因素分析，提出以混凝土质量与环境条件影响为主，并考虑碳化位置，混凝土养护浇筑面，工作应力修正等因素的预测混凝土碳化深度的多系数随机模型[3]：2.可靠性分析2.1功能函数的建立混凝土结构碳

3、化耐久性是以混凝土中钢筋开始锈蚀为标志，因此，以钢筋发生锈蚀作为失效的极限状态，即碳化深度超过混凝土保护层厚度，则功能函数可以建立为：2.2碳化可靠性分析本文主要以京沪高铁上铺设的CRTSⅡ型板式无砟轨道为例，分析CRTSⅡ型轨道板在设计使用期限内的耐久性情况。考虑京沪高铁上CRTSⅡ型轨道板的碳化情况，调查北京地区气象站的气候资料可以获得环境相对湿度HT和温度T的分布情况。综合各种因素的影响后确定碳化深度模型中各系数如下：考虑无砟轨道60年使用寿命，利用ANSYS软件中PDL可靠性分析模块，模拟过程中输入环境外部条件（环境相

4、对湿度、平均气温、CO2浓度等），以及结构内部条件（混凝土强度、保护层厚度）的分布。按照所建立的功能函数，运用蒙特卡罗方法，选择超拉丁抽样法进行10000次循环抽样，对轨道板的耐久性极限状态进行可靠性分析。分析结果如图1～5。由可靠性分析结果图1～5可以得到如下结论：4（1）由Z（t）采样历史及样本均值分布图看出，样本点分布均匀，且样本均值趋于收敛，说明样本采样点数目足够，符合可靠度计算的要求。（2）由Z（t）概率分布和累计分布函数图可知Z（t）小于最大值29.617mm的概率接近99.99%，可靠度很高。（3）由灵敏度图可以

5、看出混凝土保护层厚度、混凝土强度对轨道板碳化可靠度有较大影响，其中保护层厚度的灵敏度系数为0.784，混凝土强度的灵敏度系数为0.451。（4）根据PDS可靠性分析数据报告可知，在置信度为95%的情况下，功能函数Z（t）小于零的概率为0.0061237，Z（t）均值为12.86mm，标准差为4.685mm，则可靠度为99.94%，可靠指标为2.745。3.结论由以上轨道板混凝土可靠性分析可知，在轨道板设计寿命期内，在碳化作用下的轨道板混凝土耐久性失效概率为0.0061237，可靠度为99.94%，可靠指标为2.745。满足轨道

6、板耐久性的要求。参考文献：[1]李浩，施养杭.混凝土碳化深度预测模型的比对与分析[J].华侨大学学报，2007（4）：192-195.[2]邹娟.一般大气环境下混凝土桥梁耐久性研究和维护策略优化[D].湖南大学，2009（5）.4[3]牛荻涛.混凝土结构耐久性与寿命预测[M].科学出版社，2003.[4]刘杨.无砟轨道耐久性研究与分析[D].西南交通大学，2007.[5]何华武.无砟轨道技术[M].北京：中国铁道出版社，2005.作者简介：张国虎（1988—），男，甘肃武威人，兰州交通大学硕士研究生，研究方向：高速铁路无砟轨道

7、及轨道动力学。4