高速鐵路RPC板式軌道的設(shè)計(jì)理論與力學(xué)性能研究.pdf

1、板式無(wú)碴軌道以其穩(wěn)定性好、耐久性強(qiáng)和少維修等特點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。軌道板是板式無(wú)碴軌道的重要組成部分，一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于普通混凝土的力學(xué)性能較差，鋼筋容易銹蝕等缺陷，影響了無(wú)碴軌道的發(fā)展?；钚苑勰┗炷粒≧eactive Powder Concrete，簡(jiǎn)稱RPC）是一種新型混凝土材料，與普通混凝土相比，具有超高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性等特點(diǎn)，尤其是其良好的抗拉性能，可以使結(jié)構(gòu)在不配置鋼筋條件下滿足相同的使用要求。將RPC

2、材料應(yīng)用于板式軌道，必然可以彌補(bǔ)普通混凝土板式軌道的不足，改善板式無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)的性能?；谝陨显颍疚膶?duì)RPC板式軌道的設(shè)計(jì)理論與力學(xué)性能進(jìn)行了細(xì)致深入的研究，主要的研究工作如下： （1）基于RPC的優(yōu)越性，并考慮普通混凝土實(shí)體型軌道板的受力特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外軌道板的設(shè)計(jì)型式，提出了RPC實(shí)體型、格構(gòu)型和框架型等軌道板的初步設(shè)計(jì)方案。采用ANSYS全結(jié)構(gòu)仿真分析技術(shù)，建立了不同類型板式軌道結(jié)構(gòu)的三維有限元模型。通過(guò)對(duì)其力學(xué)性能、

3、經(jīng)濟(jì)性能、工藝性能等方面的對(duì)比分析，提出RPC板式軌道結(jié)構(gòu)的最優(yōu)型式為變厚度的框架型板式軌道結(jié)構(gòu)。 （2）由于RPC具有較高的抗拉強(qiáng)度和彈性模量，基于強(qiáng)度和剛度準(zhǔn)則的設(shè)計(jì)原則不再適合于RPC板式軌道結(jié)構(gòu)。針對(duì)RPC板式軌道結(jié)構(gòu)，提出了其設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，充分考慮結(jié)構(gòu)的彈性性能。并進(jìn)一步對(duì)RPC板式軌道的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，確定了RPC變厚度框架型軌道板的設(shè)計(jì)尺寸，給出了其它設(shè)計(jì)參數(shù)的建議值。 （3）框

4、架型軌道板的應(yīng)力在寬度方向分布不均勻，據(jù)此在軌道板中引入了有效工作寬度的概念，并提出在采用彈性地基梁理論時(shí)，梁的寬度應(yīng)取軌道板的有效工作寬度而不是實(shí)際寬度。根據(jù)軌道板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力特點(diǎn)，提出了RPC變厚度框架型軌道板的計(jì)算模型為彈性地基框架梁模型，同時(shí)基于靜力平衡和變形協(xié)調(diào)條件，給出了RPC框架型軌道板的計(jì)算方法。 （4）根據(jù)RPC的材料特性以及RPC構(gòu)件的破壞特征，詳細(xì)分析了RPC軌道板的破壞過(guò)程及其各階段的應(yīng)力特征，確定了

5、RPC軌道板的破壞模式只能為受拉破壞，給出了破壞時(shí)的應(yīng)力分布圖和簡(jiǎn)化應(yīng)力計(jì)算圖，提出RPC軌道板按極限狀態(tài)法進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算的方法。 （5）提出RPC板式軌道結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型為多層彈性地基梁模型。根據(jù)RPC框架型軌道板的彈性地基框架梁理論，可以將結(jié)構(gòu)分解為縱向和橫向兩部分單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算。建立了適用于RPC板式軌道的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法，并利用Fourier變換得到了RPC框架型板式軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程的解析解，對(duì)傳統(tǒng)的計(jì)算方法和求解方法進(jìn)