双块式无砟轨道道床板混凝土变形性能及其有限元分析

论文摘要

高速铁路的建设也成为近年来国家重点建设的方向之一。在高速铁路的建设中,无砟轨道结构在高速铁路上已经被广泛的采用。双块式无砟轨道道床板是无砟轨道结构中的重要组成部分,由于复杂因素导致道床板或底座板发生体积变形而容易产生开裂现象,严重影响了无砟轨道的使用性能和服役寿命。影响双块式无砟轨道道床板的混凝土的变形因素众多,各影响因素的源动力差异较大。本文就连续浇注混凝土变形性能进行了试验研究和理论分析,主要从材料、环境、结构三方面展开,最后对双块式无砟轨道道床板变形进行了有限元仿真模拟分析：1.得到了不同强度等级混凝土在标准养护条件下的抗压强度、劈拉强度随龄期增加的估算公式。2.对混凝土干缩的试验方法、强度等级及环境条件等因素对道床板混凝土收缩的影响进行了试验分析和研究,试验结果证明：根据试验结果建立了改进了的指数方程较符合道床板混凝土干缩的发展规律。3.采用GB23439-2009附录B推荐的测试方法测得的干燥收缩数值离散型较小,可信度较高；强度等级差别不大的混凝土在早龄期的干缩率相差很小；混凝土的干缩率随着强度等级的提高而略微减小,在60d时,试验中混凝土收缩率在400×10-6到500×10-6之间；由于自然环境下温度和相对湿度变化波动较多,处于自然环境中的混凝土干缩数值离散性较大,部分龄期的干缩率波动较大。4.使用改进设计的拉伸徐变装置进行了混凝土强度等级、养护环境等对其拉伸徐变徐变性能的研究,结果表明：在应力水平为0.70的条件下,混凝土拉伸徐变随着混凝土强度等级的提高而减少,且随着强度等级的提高,拉伸徐变变形的下降趋势亦逐渐呈降低趋势；拉伸徐变值随着环境的相对湿度的升高而减少；温度高于标准条件的温度时,其徐变减少；最后对混凝土受拉状态拉伸徐变数值模拟进行了探讨,结果表明：origin8.0曲线拟合推荐的复合指数函数式来描述本文中无砟轨道道床板C40混凝土拉伸徐变与持荷龄期之间的关系,相关性较好,较符合实际情况,其函数式为5.利用上述试验结果,用ANSYS对双块式无砟轨道道床板进行了模型的建立,结果表明：当模型添加模拟的温度和收缩耦合荷载时,道床板结构中轨枕的边角处表现的应力应变较大,而道床板外侧则相对较小；另外对于受温湿度影响较大的混凝土变形来说,轨枕周边存在严重的应力集中,且沿厚度方向呈减小趋势,是由于在耦合作用下,表面的温度荷载对道床板的影响沿厚度方向亦呈梯级趋势,故道床板表面与轨枕交接界面处为应力集中处,也是双块式无砟轨道道床板变形导致开裂的重点区域。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 本研究的背景和意义
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 国内外的研究综述
• 1.3.1 混凝土体积变形机理分析
• 1.3.2 混凝土体积变形研究概况
• 1.4 本论文主要工作及创新点
• 1.4.1 国内外研究存在的问题
• 1.4.2 本文主要研究内容
• 1.4.3 本文主要创新点
• 第二章 道床板混凝土材料基本性能的试验分析
• 2.1 道床板试验原材料及其性能
• 2.1.1 骨料
• 2.1.2 水泥
• 2.1.3 外加剂
• 2.1.4 粉煤灰和矿渣
• 2.2 道床板混凝土配合比
• 2.3 道床板混凝土基本力学性能试验分析
• 2.3.1 道床板混凝土的立方体抗压强度
• 2.3.2 道床板混凝土的劈裂抗拉强度
• 2.3.3 道床板混凝土的弹性模量
• 2.4 本章小结
• 第三章 道床板混凝土干缩性能的试验分析
• 3.1 道床板混凝土干缩性能试验方法及步骤
• 3.2 道床板混凝土干缩性能试验结果及其分析
• 3.2.1 混凝土强度等级对其干缩性能的影响
• 3.2.2 混凝土养护环境条件对其干缩性能的影响
• 3.3 道床板混凝土的干缩数值模型
• 3.3.1 混凝土干缩预测模型
• 3.3.2 混凝土干缩数值的拟合曲线
• 3.4 本章小结
• 第四章 道床板混凝土拉伸徐变性能的试验分析
• 4.1 混凝土拉压徐变异同及其研究概述
• 4.1.1 混凝土拉压徐变的异同
• 4.1.2 混凝土拉压徐变的研究概述
• 4.2 道床板混凝土拉伸徐变试验分析
• 4.2.1 道床板混凝土拉伸徐变试验方案
• 4.2.2 混凝土强度等级对其拉伸徐变性能的影响
• 4.2.3 混凝土养护环境对其拉伸徐变性能的影响
• 4.3 混凝土拉伸徐变数值模型
• 4.3.1 国内外预测模型
• 4.3.2 道床板拉伸徐变数值曲线拟合
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于ANSYS的道床板混凝土变形有限元分析与仿真
• 5.1 ANSYS有限元分析软件简介
• 5.2 混凝土结构仿真模拟概述
• 5.3 双块式无砟轨道道床板有限元模型建立
• 5.3.1 模型方案的建立
• 5.3.2 坐标系的确定及模型假定
• 5.3.3 有限元模型的相关参数条件
• 5.3.4 有限元网格的划分
• 5.3.5 有限元模型的建立
• 5.4 双块式无砟轨道道床板变形有限元结果分析
• 5.4.1 干缩荷载下的应力应变分析
• 5.4.2 道床板混凝土变形耦合作用下的应力应变分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 论文全文总结
• 6.1.1 道床板混凝土的基本材料性能
• 6.1.2 道床板混凝土的干缩性能
• 6.1.3 道床板混凝土的拉伸徐变性能
• 6.1.4 双块式无砟轨道道床板变形有限元分析
• 6.2 后续研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果目录
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目