• ISSN 0258-2724
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列车荷载对板式无砟轨道力学性能的影响分析

任娟娟 邓世杰 闫亚飞 杜威 倪跃峰

任娟娟, 邓世杰, 闫亚飞, 杜威, 倪跃峰. 列车荷载对板式无砟轨道力学性能的影响分析[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(6): 1210-1218. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170642
引用本文: 任娟娟, 邓世杰, 闫亚飞, 杜威, 倪跃峰. 列车荷载对板式无砟轨道力学性能的影响分析[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(6): 1210-1218. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170642
REN Juanjuan, DENG Shijie, YAN Yafei, DU Wei, NI Yuefeng. Influence of Train Load on Mechanical Property of Prefabricated Slab Track[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(6): 1210-1218. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170642
Citation: REN Juanjuan, DENG Shijie, YAN Yafei, DU Wei, NI Yuefeng. Influence of Train Load on Mechanical Property of Prefabricated Slab Track[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(6): 1210-1218. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170642

列车荷载对板式无砟轨道力学性能的影响分析

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170642
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51578472,U1434208)
详细信息
    作者简介:

    任娟娟(1983—),女,教授,博士,研究方向为高速重载轨道结构与轨道动力学,E-mail:344047965@qq.com,电话:13540805240

  • 中图分类号: U213.21

Influence of Train Load on Mechanical Property of Prefabricated Slab Track

  • 摘要: 为研究无砟轨道混凝土在客、货车作用下的劣化规律,基于损伤力学概念,引入损伤变量对混凝土室内循环加载进行试验研究. 首先,建立钢轨-扣件-轨道板-CA砂浆层-底座板-地基有限元实体模型,获取试件试验等效应力水平,通过列车车速确定加载频率,然后确定合理的荷载组合模拟工况;其次,应用MTS加载系统对混凝土试件进行循环加载测试,利用无损检测系统测试了不同加载次数下混凝土的动弹性模量以及抗折强度;最后,将动弹性模量和抗折强度作为损伤变量,根据测试结果得到不同应力水平、加载频率作用对轨道板材料力学性能劣化规律的影响. 试验结果表明:在客货车荷载作用下,动弹性模量的损伤程度在加载200万次时约为抗折强度的损伤程度的2倍;应力水平一定时,加载频率越小,混凝土动弹性模量以及抗折强度的损伤程度越大,并且在10 Hz与15 Hz频率之间较明显;加载频率一定时,应力水平越大,混凝土动弹性模量以及抗折强度的损伤越严重,应力水平为0.7的混凝土在1 000次左右的加载循环加载下发生破坏;低速的客货车荷载会加快混凝土初期损伤,较高速度的客货车荷载会加速无砟轨道结构后期损伤的发展.

     

  • 图 1  CRTS I型板式无砟轨道力学计算模型

    Figure 1.  Mechanical calculation model of CRTS I slab track

    图 2  循环加载设备

    Figure 2.  Cycling loading equipment

    图 3  不同加载工况下混凝土力学性能衰减曲线

    Figure 3.  Degradation curve of concrete mechanical property under various load conditions

    图 4  混凝土力学性能变化规律

    Figure 4.  Degradation curve of concrete mechanical

    图 5  5种工况下混凝土损伤曲线

    Figure 5.  Degradation curves of concrete mechanical property

    表  1  轨道板底最大拉应力

    Table  1.   Maximum value of tensile stress at the bottom of track slab MPa

    车型荷载类型A B C D
    纵向横向 纵向横向 纵向横向 纵向横向
    客车1.0 倍轮重0.600.78 0.790.74 0.740.73 0.720.73
    1.5 倍轮重0.901.16 1.201.10 1.111.09 1.081.09
    3.0 倍轮重1.802.32 2.372.18 2.222.17 2.172.17
    货车1.0 倍轮重1.071.38 1.411.30 1.321.29 1.291.29
    1.5 倍轮重1.612.07 2.111.95 1.981.94 1.941.94
    3.0 倍轮重3.224.13 4.223.89 3.973.87 3.873.86
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    表  2  加载频率对应的车速

    Table  2.   Loading frequency corresponding to train speed km/h

    车型10 Hz15 Hz20 Hz
    客车 90 120 180
    货车 60 90 120
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    表  3  荷载组合模拟的车况

    Table  3.   Mombination of different stress levels and frequencies for train loads simulation

    应力水平频率/ Hz模拟工况
    0.310低速货车
    0.315低速客车
    0.515普速货车
    0.715普速货车(最不利情况)
    0.320普速客车
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    表  4  混凝土试件抗折强度

    Table  4.   Flexural strength of the concrete specimens

    试件编号荷载/kN平均值/kN抗折强度/MPa
    1-1 25.0 29.33 7.48
    1-2 31.6
    1-3 31.4
    2-1 29.7 30.50 7.78
    2-2 30.4
    2-3 31.4
    3-1 32.5 28.57 7.28
    3-2 23.7
    3-3 26.8
    3-4 29.3
    3-5 29.3
    3-6 29.8
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    表  5  混凝土循环加载试验样本

    Table  5.   Concrete samples of cyclic loading test

    工况应力水平加载频率/Hz试件编号
    1 0.3 10 1
    2
    2 0.3 15 3
    4
    3 0.5 15 5
    6
    4 0.7 15 7
    8
    5 0.3 20 9
    10
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    表  6  混凝土力学指标衰变测试结果

    Table  6.   Mechanics indexes degradation results under the stress level

    试件序号 加载次数/万次 动弹性模量/GPa 抗折强度/MPa
    7 0 35.55 9.27
    97 32.83 8.94
    153 30.14 8.14
    194 27.39 8.07
    257 24.65 7.86
    267 20.54 6.85
    7-1 0 28.47 6.75
    0.2 破坏 破坏
    7-2 0 27.98 6.48
    0.1 破坏 破坏
    7-3 0 27.61 6.47
    0.1 破坏 破坏
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-07
  • 修回日期:  2018-03-20
  • 网络出版日期:  2018-03-21
  • 刊出日期:  2019-12-01

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