框架型板式軌道水泥乳化瀝青砂漿傷損及維修標(biāo)準(zhǔn)研究.pdf

1、隨著世界范圍內(nèi)高速、重載鐵路運輸?shù)目焖侔l(fā)展，輪軌系統(tǒng)間動力作用不斷加劇，軌道各零部件的變形失效明顯加快。水泥乳化瀝青砂漿層作為板式軌道關(guān)鍵結(jié)構(gòu)層，主要起到支承、緩沖與調(diào)整等功能，其性能的優(yōu)劣甚至決定著板式軌道的成敗。
　　 實踐表明，水泥乳化瀝青砂漿材料性能復(fù)雜，并且對自然環(huán)境和列車荷載十分敏感，在其服役期間難以避免會產(chǎn)生各種病害，給軌道結(jié)構(gòu)受力和行車安全帶來隱患。目前就砂漿傷損對軌道結(jié)構(gòu)受力和輪軌系統(tǒng)動力特性的影響尚不明確，也

2、缺乏水泥乳化瀝青砂漿的維修標(biāo)準(zhǔn)。本文主要針對框架型板式軌道低彈模水泥乳化瀝青砂漿傷損進行研究，主要包括以下研究內(nèi)容和結(jié)論:
　　 (1)基于現(xiàn)場調(diào)查和試驗研究，針對水泥乳化瀝青砂漿傷損特征進行了總結(jié)，將砂漿病害劃分為自身傷損、界面?zhèn)麚p和遺留缺陷三類。并且從砂漿微觀結(jié)構(gòu)特征和環(huán)境適應(yīng)性等方面出發(fā)，闡述了砂漿材料性能劣化規(guī)律，為解釋砂漿傷損的產(chǎn)生原因和發(fā)展機理提供一定的參考。
　　 研究表明，砂漿材料對自然環(huán)境十分敏感，砂漿

3、傷損或缺陷的產(chǎn)生和發(fā)展表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料性能、自然環(huán)境、列車荷載和施工質(zhì)量等多重不利因素耦合作用的結(jié)果，其中溫度和水壓力作用是導(dǎo)致砂漿材料性能劣化的重要因素之一，而改善砂漿材料環(huán)境適應(yīng)性、提高施工過程質(zhì)量控制和優(yōu)化砂漿受力條件是保證砂漿維持長期耐久的基本途徑。
　　 (2)通過合理力學(xué)簡化，采用有限單元法，建立框架型板式軌道靜力學(xué)分析模型，利用生死單元技術(shù)和接觸分析理論，有效模擬砂漿傷損以及砂漿層與軌道板之間的層間界面關(guān)系，考

4、慮列車荷載和溫度梯度單獨或耦合作用時，針對不同形式、長度和深度的砂漿傷損對軌道結(jié)構(gòu)受力的影響進行深入研究。
　　 通過靜力分析表明，砂漿傷損對軌道板和砂漿層受力最為不利，而對底座板受力的影響相對較小;當(dāng)砂漿傷損長度或深度超過約0.20m～0.30m時，砂漿傷損對軌道結(jié)構(gòu)受力的影響開始變得明顯;當(dāng)砂漿沿軌道橫向完全傷損，而砂漿傷損沿縱向長度達到約0.80m左右時，軌道板拉應(yīng)力可能超限而產(chǎn)生開裂，砂漿垂向壓應(yīng)力也迅速增加，必將嚴(yán)重降

5、低傷損鄰近區(qū)域砂漿疲勞使用壽命;砂漿傷損作為板式軌道主要病害形式之一，對軌道結(jié)構(gòu)受力和耐久性的影響較為明顯。
　　 (3)針對遂渝線鋪設(shè)的框架型板式軌道水泥乳化瀝青砂漿病害進行現(xiàn)場動態(tài)測試，評估了砂漿傷損對軌道系統(tǒng)垂向動力特性的影響和現(xiàn)場維修技術(shù)的修復(fù)效果。
　　 通過現(xiàn)場試驗表明，鋼軌垂向動力響應(yīng)受砂漿傷損的影響較小，而軌道板垂向動力響應(yīng)對砂漿傷損較為敏感;相比行車速度而言，列車軸重的影響更為明顯，說明砂漿傷損的產(chǎn)生可

6、能與列車軸重有關(guān);砂漿傷損經(jīng)修復(fù)后，軌道板底部支承狀態(tài)短期內(nèi)得以明顯改善，但是修補材料自身和粘結(jié)界面的耐久性仍值得關(guān)注。
　　 (4)基于輪軌系統(tǒng)動力學(xué)理論，借助有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA，將砂漿傷損加以合理力學(xué)簡化，建立車輛-框架型板式軌道垂向耦合振動空間模型，并將理論計算與現(xiàn)場試驗結(jié)果進行對比分析以驗證理論計算的有效性。在此基礎(chǔ)之上，分析了不同形式、長度和深度的砂漿傷損對車輛和軌道系統(tǒng)垂向動力特性的影響，評價砂

7、漿傷損對行車安全平穩(wěn)性和軌道系統(tǒng)垂向動力特性的影響。
　　 通過動力分析表明，砂漿傷損劣化將引起軌道剛度局部突變，形成軌道動態(tài)不平順，加劇輪軌系統(tǒng)振動，降低行車安全性和平穩(wěn)性，尤其是相鄰板端砂漿傷損的影響最為不利，而板邊砂漿傷損形式的影響相對較小;對于板端砂漿傷損形式，當(dāng)砂漿傷損沿縱向長度超過0.60m～0.80m時，輪軌系統(tǒng)間動力作用明顯加劇，此時由砂漿傷損引起的軌道動態(tài)不平順開始起主導(dǎo)作用，最大輪軌垂向力、減載率以及車體、轉(zhuǎn)

8、向架和輪對垂向振動加速度出現(xiàn)陡增，必將加速軌道部件傷損，降低行車安全性和平穩(wěn)性;砂漿傷損劣化對軌道系統(tǒng)振動的影響遠高于對行車的影響，表現(xiàn)為扣件上拔力、軌道板垂向振動加速度、砂漿垂向動壓應(yīng)力、鋼軌及軌道板垂向位移等均隨著砂漿傷損長度的增大而急劇增加，尤其當(dāng)砂漿傷損沿縱向長度超過0.60m～0.80m時，軌道各部件動力響應(yīng)急劇增加，當(dāng)相鄰兩塊軌道板端部砂漿傷損沿縱向長度均達到1.538m時，可能造成鋼軌垂向位移和扣件上拔力超限，此時砂漿垂向

9、動壓應(yīng)力為正常情況的10倍以上，表明砂漿傷損對鄰近區(qū)域砂漿受力的影響極為明顯，可能會嚴(yán)重降低鄰近區(qū)域砂漿疲勞壽命。
　　 (5)通過分析軌道部件劣化規(guī)律，結(jié)合砂漿傷損特征和預(yù)防性維修原理，基于軌道結(jié)構(gòu)靜動力學(xué)理論分析，并且從砂漿疲勞壽命角度出發(fā)，初步提出了框架型板式軌道水泥乳化瀝青砂漿維修級別和判別標(biāo)準(zhǔn)。
　　 研究表明，砂漿疲勞壽命受溫度和砂漿應(yīng)力影響很大;將水泥乳化瀝青砂漿維修級別劃分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級三個等級，并根