CRTSⅠ型無砟軌道應用研究現(xiàn)狀文獻綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u12515CRTSⅠ型無砟軌道應用研究現(xiàn)狀文獻綜述 1144101.1無砟軌道發(fā)展應用概況 1171211.2軌道動力學研究現(xiàn)狀 3134781.3無砟軌道損傷失效研究現(xiàn)狀 41.1無砟軌道發(fā)展應用概況無砟軌道結(jié)構采用混凝土結(jié)構代替含礫石的有砟軌道，有效地解決了道床粉化、道碴飛濺、維修量大等特點，由于無砟軌道結(jié)構剛度比有砟軌道剛度大，軌道結(jié)構變形較小，軌道平整度較高，能更好地適應高速列車的運行，因此在國內(nèi)外廣泛將無砟軌道應用在高速鐵路線路上。日本板式無砟軌道日本無砟軌道技術主要以新干線板式軌道結(jié)構為代表。上世紀70年代后，日本將板式軌道推廣為國家鐵路建設標準。截至目前，板式軌道總里程已達2700多公里。日本對板式無砟軌道的制作標準是全國統(tǒng)一。經(jīng)過日本多年的實踐與實際運營，將車速大小、線路等級高低、各地自然條件以及其他不同的要求，開發(fā)出適應不同狀況的不同型號板式無砟軌道。目前普通A型軌道板、框架型軌道板為標準已經(jīng)定型的軌道板(圖1-6)，另有鋪設在殊減振區(qū)段上的防振G型軌道板以及鋪設在路基上的RA型軌道板ADDINNE.Ref.{12225D31-8178-4E91-A36E-8E129B5BB46A}[5]等。圖1-6日本板式無砟軌道日本的無砟軌道具有線路較平順、行駛線路穩(wěn)定、結(jié)構剛度均勻、軌道耐久性高和維修工作量少等多種優(yōu)點。其中板式無砟軌道具有軌道各結(jié)構尺寸較低、結(jié)構單位重量小的優(yōu)點；框架型板式無砟軌道主要是非預應力結(jié)構，不僅易于制造，而且節(jié)省了鋼筋和混凝土材料的用量，降低成本。博格板式無砟軌道博格板式無砟軌道系統(tǒng)于1979年首次使用，是鋪設在德國卡爾斯菲爾德達霍的一種預制板式無砟軌道。為保證其精度滿足高速鐵路對軌道幾何形狀的高度要求，對預應力結(jié)構、結(jié)構尺寸和縱向連接等進行了優(yōu)化改進。博格軌道板標準長度為6500mm×2500mm×200mm的橫向先張預應力混凝土軌道板ADDINNE.Ref.{8BDFD327-7692-4DA7-AF5C-49876057F853}[6]。根據(jù)軌道板橫向?qū)捾壵磉M行受力分析及配筋設計，沿軌道板的縱向設置普通受力鋼筋?；诼坊牟└癜迨杰壍老到y(tǒng)和構造見圖1-7。圖1-7博格板式無砟軌道博格板式軌道的軌道板同日本板式無砟軌道相同，其形式統(tǒng)一，可以在工廠大批量生產(chǎn)，能在不受現(xiàn)場施工條件的影響下，使軌道板的質(zhì)量和進度得到保證；軌道板混凝土等級通常采用C45或C55等級的普通混凝土，通過采用伸出鋼筋進行傳力連接形成兩板之間縱向連接，軌道高度均勻，經(jīng)久耐用，在垂直和水平方向上高度防滑。由于軌道在安裝前進行了高精度機械制作，安裝時無需調(diào)整軌道支撐點，大大減少了現(xiàn)場調(diào)整的工時。但是，博格板式軌道的成本相對較高，制造工藝相對于其他類型的無砟軌道來說也相對復雜。。中國板式無砟軌道于20世紀60年代，我國開始研制無砟軌道，與國外無砟軌道的研究進程基本同步。在德國博格板式無砟軌道和日本板式無砟軌道的基礎上，進行了部分改進，研發(fā)了出適用本國的板式無砟軌道。目前，國內(nèi)客運專線廣泛應用的無砟軌道主要分為板式和雙塊式，其中板式分為CRTSI型板式無砟軌道、CRTSⅡ型板式無砟軌道、CRTSIII型板式無砟軌道；雙塊式分為CRTSI型雙塊式無砟軌道、CRTSII型雙塊式無砟軌道、CRTSIII型雙塊式無砟軌道ADDINNE.Ref.{95C35B94-2EAC-4109-AA40-A1D8A2512759}[7]等幾種形式?；诒疚难芯糠较?，僅對CRTSI型板式無砟軌道進行基本介紹。CRTSI型板式無砟軌道(如圖1-8)是在日本板式無砟軌道的基礎上，根據(jù)本國實際情況進行結(jié)構優(yōu)化而成的單元式軌道結(jié)構，在路基、隧道、橋梁不同地段，CRTSI型板式無砟軌道結(jié)構的組成基本相同，都是由鋼軌、扣件系統(tǒng)、軌道板、CA砂漿層、混凝土底座板、凸形擋臺ADDINNE.Ref.{AD4B805E-A6B7-46CD-B542-837BB4DEB7F7}[8]等結(jié)構組成。圖1-8CRTSI型板式無砟軌道CRTSI型板式無砟軌道結(jié)構具有以下四個特點：（1）施工的可行性高，大大減輕現(xiàn)場混凝土工作負擔，機械化工作水平高，施工進度快。（2）通過CA砂漿將預制軌道板置于混凝土底座板上，并通過CA砂漿進行施工調(diào)整，整體精度較高。（3）在運營過程中，軌道板不僅可以通過扣件進行調(diào)整，還可以通過CA砂漿進行調(diào)整，以適應以下基礎的結(jié)構變形。另外，由于采用單元板結(jié)構，可以對軌道板進行直接灌漿修補或重新更換軌道板，對線路運行影響不大。（4）但是，這種軌道結(jié)構也存在一些不可避免的缺點。鋪設完軌道后，微調(diào)軌道的負擔很重，水泥乳化瀝青砂漿、樹脂填充凸塊、填充墊料的制造和施工的專業(yè)性很強。初期投資較大，因為卡車板預制件需要特殊的制造和運輸設備，而CA砂漿灌注工作也需要CA砂漿灌注等設備。1.2軌道動力學研究現(xiàn)狀20世紀20年代，軌道動力學問題開始被人們重視。TimoshenkoADDINNE.Ref.{7E73DF9C-4151-4666-BB2F-7454EE21FB14}[9]通過建立單自由度集總參數(shù)軌道模型，計算了在正弦荷載作用下鋼軌的動力響應，開創(chuàng)了軌道動力分析的先河。日本學者ADDINNE.Ref.{FE8E7508-76E5-4028-9E9F-BF2A6651CE83}[10]基于Winkler彈性地基梁理論，建立了含雙層連續(xù)彈性的疊合梁模型，模擬列車動荷載，并分析計算單元板式軌道的動力性能。MakinoADDINNE.Ref.{D9BEC414-311F-4CC8-A47D-C80B93D24169}[11]等人將動力學與疲勞分析相結(jié)合，用于預測板式軌道的的維修周期，開拓了軌道動力學的不同研究方向。Zhang.JADDINNE.Ref.{D32A692D-B2F1-4AF1-8E32-6BA3591A466E}[12]ADDINNE.Ref.{2460876B-C86A-4EC6-ACBA-D4F6752CC7EA}[26]等人采用邊界元法，來研究板式軌道與地面振動的接觸規(guī)律，通過建立板式軌道的力學模型，在動荷載作用下計算了軌道結(jié)構的動力響應和地面振動響應。從上世紀80年代開始，我國對無砟軌道動力學展開系統(tǒng)性研究。王其昌和陸銀根ADDINNE.Ref.{6EA61FB6-44F9-45B8-BD4E-2A85C44D4EB0}[13]利用解析法對疊合梁理論進行求解，并建立無砟軌道模型。劉學毅ADDINNE.Ref.{5C016C24-2839-47AA-AAF8-064158959526}[14]等建立了板式軌道車輛耦合動力學模型，基于扣件剛度和CA砂漿厚度，研究了對軌道系統(tǒng)動力特性的影響。范佳ADDINNE.Ref.{A9C04C59-87E8-4F4E-B19D-B91366649BE5}[15]和江成ADDINNE.Ref.{21DA7ED0-C922-48A0-8CAB-89EE96724819}[16,17]等提出了減振膠墊用以降低無砟軌道垂向振動的措施。蔡成標ADDINNE.Ref.{95E80309-A541-4EAF-971F-B9B3F4D9EFE2}[18-20]等建立有限元梁板軌道模型，基于軌道減振技術，對軌下膠墊的剛度給出了合理范圍。婁平ADDINNE.Ref.{440705FA-AAB2-49EE-B281-414DDC792670}[21]、向俊和赫丹ADDINNE.Ref.{82E7CE60-E27D-4BAC-842B-CAFC5328AB45}[22]等人建立車輛—軌道—橋梁整體系統(tǒng)，基于矩陣的“對號入座”法則和總勢能不變的原理，推導了整體系統(tǒng)振動方程，計算分析了軌道結(jié)構在列車荷載作用下的動力響應。羅震ADDINNE.Ref.{51D1582A-29FC-4D77-B095-CD1BF6D78120}[23]建立列車軌道耦合有限元計算模型，基于多體分析，研究了軌道結(jié)構動力特性與線路不平順的關系，與現(xiàn)場試驗結(jié)果基本一致。徐桂弘ADDINNE.Ref.{EE752511-B7DC-46E7-BC66-EE8332127155}[25]根據(jù)流固耦合理論，建立了雙塊式軌道有限元計算模型，分析了軌道結(jié)構裂紋在水荷載和列車荷載耦合作用下的穩(wěn)定性及裂紋的擴展開裂。1.3無砟軌道損傷失效研究現(xiàn)狀在反復列車動荷載和環(huán)境外荷載作用下，無砟軌道結(jié)構會發(fā)生軌道板或支承層結(jié)構的開裂，軌道板與砂漿充填層之間的粘結(jié)失效破壞，CA砂漿充填層出現(xiàn)離縫，鋼軌出現(xiàn)損傷斷裂等病害問題。下面將主要對高鐵無砟軌道損傷的研究現(xiàn)狀進行兩方面介紹。軌道板損傷開裂TarifaADDINNE.Ref.{2460876B-C86A-4EC6-ACBA-D4F6752CC7EA}[26]開始通過立方體試件實驗，進行進行受壓疲勞試驗，確定新干線高速鐵路板式無砟軌道疲勞模型中的參數(shù)，再在循環(huán)荷載下對預制預應力混凝土軌道板進行三點彎曲疲勞試驗，得出軌道板在試驗前后的剛度變化和混凝土軌道板的開裂失效模式。PovedaADDINNE.Ref.{68956275-4D28-43CE-8D65-68C34E125292}[27]首先在一種疲勞損傷模型的基礎上建立板式軌道有限元計算模型，分析其進行瞬態(tài)荷載下的動力響應，在最不利受壓疲勞荷載作用下，計算了軌道板的疲勞損傷分布和壽命。法國學者ChapeleauADDINNE.Ref.{CBB66796-C835-47D3-8C08-8C46D022AFA1}[28]等應用分布式光纖應變傳感器，結(jié)合無砟軌道計算模型對結(jié)構疲勞試驗開展研究，分析研究了軌道板內(nèi)部結(jié)構的疲勞應變情況和裂紋的開展開裂。MadhkhanADDINNE.Ref.{6697D67B-05A3-4209-9B39-D1403909C49D}[29]通過施加單調(diào)荷載在板式無砟軌道模型上，研究了外部、荷載軌道板寬度、混凝土抗拉強度等變化因素和軌道板開裂荷載能量吸收的關系。任娟娟ADDINNE.Ref.{E1606344-D732-4A2F-BE83-1CB980A8129C}[31]等在鋼筋與混凝土間粘結(jié)滑移理論的基礎上，探究了軌道板裂紋寬度、裂紋間距和軌道板鋼筋應力、混凝土抗拉壓強度、鋼筋配筋率和直徑的關系。郝遠行ADDINNE.Ref.{892BFB0E-C838-4983-A169-345C96D35E49}[32]ADDINNE.Ref.{1772484F-12DB-4781-A135-6BF45E29AC8D}[30]基于斷裂力學理論，建立了含初始裂紋的雙塊式無砟軌道有限元仿真模型，計算了軌道板裂紋在溫度和靜載作用下應力強度因子的大小。利用Paris裂紋疲勞擴展公式，分析探究了軌道板裂紋疲勞擴展壽命。。王青ADDINNE.Ref.{D288E8F1-DD5D-4263-948A-E43F3F1A9C46}[34]等為了研究CRTSII型板式不燃煤軌道在溫度和列車動載荷反復作用下的疲勞性能，在雨流計數(shù)法的基礎上，結(jié)合研究結(jié)果，建立了列車垂向載荷等寬度疲勞作用模型，確定了結(jié)構材料的疲勞關系，結(jié)合等效靜力法有效的分析了軌道板、砂漿層和支撐層的疲勞力學性能變化規(guī)律。馮什ADDINNE.Ref.{AA474018-23A9-4974-99D0-53B15BEAAE57}[35]采用CRTSI型板式無砟軌道原型疲勞試驗，研究了無砟軌道在列車和溫度荷載作用下的疲勞特性，并基于線性疲勞累積損傷模型模擬了結(jié)構的疲勞損傷。（二）CA砂漿損傷及脫空關于對無砟軌道CA砂漿層的損傷研究：王濤[38ADDINNE.Ref.{AAF2731B-DB9A-47B2-8113-E9D0AA1DAB3F},39]基于對CA砂漿材料力學性能、耐久性的現(xiàn)場試驗，研究了CA砂漿在溫度荷載作用下的粘彈性力學行為的損傷疲勞性能，建立了CA砂漿的組成與性能之間的相互影響關系和演化規(guī)律。傅強ADDINNE.Ref.{1B26CDE9-B641-49DE-9709-F47959424EE3}[37]、孔德玉和毛錦達ADDINNE.Ref.{1049BC70-1D8B-4362-8B89-6485121526CA}[40]制作了一套關于CA砂漿抗疲勞試驗設備，由此研究了在濕度飽和的條件下CRTSII型板式無砟軌道中CA砂漿層的抗凍性能，并模擬計算了荷載高頻振動和高溫條件下，CRTSII型板式無砟軌道中CA砂漿層的疲勞特性。關于對CA砂漿層的離縫脫空的研究：田冬梅ADDINNE.Ref.{6C406C1E-492A-4E22-B7DC-D56132F33451}[41,42]等采用高低溫循環(huán)模擬試驗研究了溫度對板式軌道CA砂漿充填層與底座板層間界面粘結(jié)性能的影響；還利用疲勞試驗機對CA砂漿基準試件和不同飽水度試件進行了不同應力水平下的疲勞試驗，研究了水對CA砂漿動態(tài)力學性能的影響。元強ADDINNE.Ref.{3143790F-C3CA-4CC5-B9E8-5CBEC902E802}[43]和邵丕彥ADDINNE.Ref.{D9C21695-F374-4EA8-958D-4AE2AC2C5630}[44]等在哈大高速鐵路施工線路的直線段和曲線段上，選擇尚未鋪軌的CRTSI型板式無砟軌道軌道板的高程與CA砂漿層間離縫進行連續(xù)跟蹤測試，研究了溫度變化對軌道板與砂漿墊層間離縫的影響規(guī)律。劉鈺和趙國堂ADDINNE.Ref.{033859D5-0ABD-4E0D-9970-C22DB23F6732}[45]現(xiàn)場觀測了不同氣候條件下，CRTSII型板式無砟軌道CA砂漿灌注施工時的軌道板溫度梯度，并計算了軌道板在實測溫度梯度下的溫度翹曲變形及應力，探討了無砟軌道結(jié)構層早期離縫的原因。曾真ADDINNE.Ref.{D0B6635D-AAC0-4461-8FDE-1A0EDE6E86C5}[46]與劉克飛ADDINNE.Ref.{3207051C-6D19-420D-9F2A-AA39F926D67E}[47]分別應用有限元生死單元技術，模擬了板式無砟軌道中軌道板與CA砂漿填充層的界面關系，以及軌道板與自足混凝土層的間隙，并以溫度梯度荷載和列車為研究對象，研究了荷載作用下不同位置和長度的層間縫隙對軌道結(jié)構的影響。參考文獻：[1]編委會編中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃研究.中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃研究[M].中國鐵道出版社,2018.[2]李啟航.CRTSⅡ模型式無砟軌道離縫發(fā)生機理及對列車的運行影響研究[D].北京交通大學,2016.[3]章健華,吳維洲.CRTSⅠ型無砟軌道底座混凝土裂縫原因分析與防治措施[J].鐵道建筑,2014,(1):95-98.[4]SmutnyJ,PazderaL,TomandlV.COMPARISONOFEFFECTIVENESSOFACOUSTICABSORBERSAPPLIEDONASLABTRACK[J].AKUSTIKA,2017,27:54-63.[5]HuA,WuY.AnAnalysisontheDynamicResponseofaPoroelasticHalfSpaceundertheBallast-LessSlabTrackwithaHigh-SpeedLoad[A],2010:4.[6]高亮,楊文茂,曲村,等.高鐵長大橋梁CRTSⅠ型板式無砟軌道無縫線路的動力學特性[J].北京交通大學學報,2013,37(001):73-79.[7]高亮,趙磊,曲村,等.路基上CRTSⅢ型板式無砟軌道設計方案比較分析[J].同濟大學學報(自然科學版),2013,41(6):848-855.[8]李中華.CRTSⅠ型與CRTSⅡ型板式無砟軌道結(jié)構特點分析[J].華東交通大學學報,2010,(01):22-28.[9]鐵摩辛柯,胡人禮.工程中的振動問題[M].工程中的振動問題,1978.[10]C.GK,J.SYO,D.KHC,etal.Movingelementmethodfortrain‐trackdynamics[J].INTERNATIONALJOURNALFORNUMERICALMETHODSINENGINEERING,2003,56(11).[11]MakinoT,YamamotoM,YomodaK.TheEvaluationofFatiguePropertyunderVariableLoadingonAxleAssembliesforShinkansen[J].SumitomoMetals,1998,50(3):9-15.[12]ZhangJ,YangY,ZhanF.Dynamicanalysisofrailwayvehiclessubjectedtolinearcreepforces[J].JournalofSouthwestJiaotongUniversity,1997,5(2):102-109.[13]王其昌,陸銀根編.鐵路新型軌下基礎應力計算[M].鐵路新型軌下基礎應力計算,1987.[14]趙坪銳.板式無碴軌道動力學性能分析與參數(shù)研究[D].西南交通大學,2003.[15]范佳.有軌交通減振降噪型無碴軌道結(jié)構分析[J].鐵道建筑,2000,(07):2-5.[16]江成,林之珉.高速鐵路無碴軌道結(jié)構的試驗研究[J].中國鐵路,2000,(07):26-28.[17]江成,范佳,王繼軍.高速鐵路無碴軌道設計關鍵技術[J].中國鐵道科學,2004,25(002