• ISSN 0258-2724
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板边离缝对CRTS III型轨道-路基动力特性的影响

宋小林 吕天航 裴承杰

宋小林, 吕天航, 裴承杰. 板边离缝对CRTS III型轨道-路基动力特性的影响[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(5): 913-920. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.05.006
引用本文: 宋小林, 吕天航, 裴承杰. 板边离缝对CRTS III型轨道-路基动力特性的影响[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(5): 913-920. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.05.006
SONG Xiaolin, LÜ Tianhang, PEI Chengjie. Influence of Interface Crack on Impact Dynamic Properties of CRTS III Slab Track-Subgrade System[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(5): 913-920. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.05.006
Citation: SONG Xiaolin, LÜ Tianhang, PEI Chengjie. Influence of Interface Crack on Impact Dynamic Properties of CRTS III Slab Track-Subgrade System[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(5): 913-920. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.05.006

板边离缝对CRTS III型轨道-路基动力特性的影响

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.05.006
详细信息
    作者简介:

    宋小林(1979—),男,博士,副研究员,研究方向为路基动力学和岩土工程,E-mail: sxlin_2000@163.com

  • 中图分类号: U231.1;U231.2

Influence of Interface Crack on Impact Dynamic Properties of CRTS III Slab Track-Subgrade System

  • 摘要: 为了研究板边离缝对高速铁路基础结构动力特性的影响,利用CRTS III型板式轨道-路基全尺寸试验模型开展了落轴试验,实测了轨道板与自密实充填层一侧界面处离缝的几何分布,并利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了相应的动力有限元分析模型,分析了板边离缝对轨道和路基结构冲击动力特性的影响规律,并利用相应的试验结果对数值结果进行了对比验证. 研究结果表明:轨道板和自密实层界面处单侧离缝的平均宽度和平均高度分别为28.18 cm和2.15 mm;板边离缝宽度对基础结构动力特性的影响要大于离缝高度;在0~800 mm的范围内,随着离缝宽度的增加,轨道和路基位移以及钢轨加速度、轨道板加速度和基床底层加速度都持续增加,其中轨道板的位移和加速度的增幅均为最大,分别为56.8%和143.3%,充填层、支承层和基床表层的垂向加速度随离缝宽度的增加先增大后减小,当离缝尖端扩展至钢轨正下方附近时达到最大值;在0~3 mm的范围内,轨道和路基垂向位移与加速度均随离缝高度的增大而略微增加,最大增幅分别为8%和12%;越靠近离缝界面层面,离缝高度对其冲击动力特性的影响也越显著.

     

  • 图 1  CRTS III型板式轨道试验台层间离缝

    Figure 1.  Interface crack of CRTS III slab track test platform

    图 2  层间离缝高度分布

    Figure 2.  Height distribution of interface crack

    图 3  层间离缝宽度分布

    Figure 3.  Width distribution of interface crack

    图 4  动力有限元分析模型

    Figure 4.  Dynamical finite element model

    图 5  轨道-路基动力响应试验结果与数值结果比较

    Figure 5.  Comparison between experimental results and numerical data of dynamical reactions for track-subgrade

    图 6  离缝宽度对轨道结构垂向位移的影响规律

    Figure 6.  Vertical displacements of track structure vs interface crack width

    图 7  离缝宽度对钢轨垂向加速度的影响

    Figure 7.  Vertical acceleration of rail vs interface crack width

    图 8  离缝宽度对轨道结构垂向加速度的影响

    Figure 8.  Vertical accelerations of track structure vs interface crack width

    图 9  自密实层和支承层加速度传感器测点示意

    Figure 9.  Sketch of acceleration measuring points arrangement of self-compacting concrete layer and supporting base

    图 10  离缝宽度对自密实层及支承层垂向加速度的影响(试验测点位置)

    Figure 10.  Vertical accelerations of self-compacting concrete layer and supporting base vs interface crack width (in measuring points)

    图 11  离缝高度对路基结构垂向位移的影响

    Figure 11.  Vertical displacements of subgrade structure vs interface crack height

    图 12  离缝宽度对路基垂向加速度的影响

    Figure 12.  Vertical acceleration of subgrade vs interface crack width

    图 13  离缝高度对轨道垂向位移的影响

    Figure 13.  Vertical displacements of track vs interface crack height

    图 14  离缝高度对轨道垂向加速度的影响

    Figure 14.  Vertical accelerations of track vs interface crack height

    图 15  离缝高度对路基垂向位移的影响

    Figure 15.  Vertical displacements of subgrade vs interface crack height

    图 16  离缝高度对路基垂向加速度的影响

    Figure 16.  Vertical acceleration of subgrade vs interface crack height

    表  1  轨道和路基结构尺寸和材料参数

    Table  1.   Size and material parameters of track-subgrade structure

    参数 钢轨 轨道板 自密实层 支承层 基床表层 基床底层 路基本体
    宽度/m 2.5 2.5 3.1 6.0 6.0 6.0
    高度/m 0.19 0.09 0.24 0.40 2.60 2.00
    密度/(kg•m-3) 7 850 2 500 2 500 2 500 1 950 1 800 1 700
    弹性模量/GPa 206.00 35.50 32.50 28.00 0.25 0.20 0.15
    泊松比 0.30 0.20 0.20 0.20 0.30 0.25 0.25
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    表  2  轨道-路基动力响应幅值比较

    Table  2.   Comparison of maximum values of dynamical reactions for track-subgrade

    项目 钢轨加速度/(×g) 轨道板加速度/(×g) 自密实层加速度/(×g) 支承层加速度/(×g) 基床表层动应力/kPa
    数值结果 265.00 3.33 2.96 1.78 25.00
    试验结果 263.00 3.31 3.18 1.95 23.20
    相对误差/% 0.7 0.6 7.4 9.5 7.2
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  • 收稿日期:  2017-10-23
  • 刊出日期:  2018-10-01

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