大溫差地區(qū)路基上雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

1、隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，無砟軌道得到了大量建設(shè)與廣泛應(yīng)用。雙塊式無砟軌道因結(jié)構(gòu)簡單、整體性強(qiáng)、施工方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為我國無砟軌道的主要形式。雙塊無砟軌道在服役期間產(chǎn)生的過大拉壓應(yīng)力導(dǎo)致道床板出現(xiàn)開裂、壓潰、上拱等傷損問題，運(yùn)營和研究經(jīng)驗(yàn)表明，其病害大多由復(fù)雜溫度荷載引起。
　　蘭新二線采用雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)形式，而該地區(qū)溫差比較大，有必要對該地區(qū)的雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這對于雙塊式無砟軌道設(shè)計(jì)理論的補(bǔ)充完善及推

2、廣應(yīng)用，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文以蘭新二線路基上雙塊式無砟軌道為工程背景，通過理論分析與現(xiàn)場試驗(yàn)研究，確定了雙塊式無砟軌道的溫度適用范圍，并對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出適用于蘭新二線氣候條件的雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)方案，并應(yīng)用于我國蘭新二線。本文的主要研究工作和結(jié)論如下:
　　1.研究蘭新二線雙塊式無砟軌道的溫度場特性。本文結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)與調(diào)研歷史氣象數(shù)據(jù)得出雙塊式無砟軌道的溫度場特性。通過對歷史氣象資料調(diào)研得出，蘭新二

3、線最高氣溫為吐魯番的47.7℃，最低氣溫為烏魯木齊的-41.5℃，最大年溫差出現(xiàn)在烏魯木齊，達(dá)到83.6℃。試驗(yàn)現(xiàn)場一年測試期內(nèi)測試得出道床板最高溫度較最高氣溫高5℃，最低溫度取最低氣溫值;在道床板高度范圍內(nèi)，可近似按線性溫度梯度考慮，最大正溫度梯度為75℃/m，最大負(fù)溫度梯度為-45℃/m。
　　2.建立路基上雙塊式無砟軌道力學(xué)分析模型。本文結(jié)合雙塊式無砟軌道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和荷載條件，建立同時(shí)考慮整體溫度變化、溫度梯度、結(jié)構(gòu)層間關(guān)系

4、、列車荷載等影響因素作用下的路基上雙塊式無砟軌道力學(xué)模型。
　　3.路基上連續(xù)雙塊式無砟軌道溫度適應(yīng)范圍的研究。分別考慮影響道床板開裂、上拱、壓潰的溫度荷載，得出道床板最大允許溫升、溫降幅值。由計(jì)算可知，道床板在出現(xiàn)壓潰前不會出現(xiàn)失穩(wěn)情況;不考慮溫度梯度的情況下，道床板可承受最大溫降幅值為31℃，最大溫升幅值為65℃，可適應(yīng)溫差在96℃范圍內(nèi)的地區(qū)，考慮溫度梯度的影響時(shí)需根據(jù)相應(yīng)公式進(jìn)行換算。經(jīng)計(jì)算，在蘭新二線地區(qū)最大溫度梯度作用

5、下，路基上連續(xù)雙塊式無砟軌道可適應(yīng)的溫差范圍為60℃，得出連續(xù)雙塊式無砟軌道不能直接應(yīng)用于蘭新二線的結(jié)論。
　　4.帶假縫的連續(xù)道床板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的可行性研究。道床板開假縫后一定程度上釋放道床板內(nèi)部溫度應(yīng)力、增大雙塊式無砟軌道的溫度適用范圍。通過計(jì)算得出假縫的合理設(shè)計(jì)方案為間隔4～6m設(shè)置1/4～1/3板厚的假縫，該方案可以使雙塊式無砟軌道溫度適應(yīng)范圍提升19℃，不考慮溫度梯度時(shí)，可適用于溫差達(dá)115℃以下的地區(qū)，在蘭新二線地區(qū)溫

6、度梯度作用下可適應(yīng)的溫差范圍為79℃。由假縫式道床板試驗(yàn)段現(xiàn)場試驗(yàn)可知，道床板在假縫處會出現(xiàn)傷損，假縫間傷損情況相應(yīng)較少。試驗(yàn)過程中測試段溫差與歷史極限溫差存在一定差距，故傷損情況較少，結(jié)合理論分析可知帶假縫的連續(xù)道床板結(jié)構(gòu)仍無法滿足蘭新二線的惡劣氣候條件。
　　5.單元式道床板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的可行性研究。根據(jù)單元板式無砟軌道設(shè)計(jì)方案的思路，將連續(xù)式道床結(jié)構(gòu)改進(jìn)成單元式結(jié)構(gòu)，以提高雙塊式無砟軌道的溫度適用范圍。通過計(jì)算得出，單元道床

7、板長度小于8.2m時(shí)，單元雙塊式無砟軌道可適用于蘭新二線大溫差地區(qū)。為增加道床板整體性，提出帶假縫的大單元道床板設(shè)計(jì)方案。從溫度適應(yīng)性方面分析可知，單元式道床板方案基本適用于大溫差地區(qū)。
　　通過建立的理論方法對大溫差地區(qū)路基段雙塊式無砟軌道進(jìn)行分析研究，提出適用于大溫差地區(qū)路基段的雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，攻克了大溫差地區(qū)雙塊式無砟軌道溫度適應(yīng)性的難題，指導(dǎo)了蘭新二線雙塊式無砟軌道的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并可為類似工程提供理論指導(dǎo)和借