錢振東 劉 陽(yáng) 劉昕依

(東南大學(xué)智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究中心, 南京 210096)

高速鐵路環(huán)氧瀝青混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)及設(shè)計(jì)

錢振東 劉 陽(yáng) 劉昕依

(東南大學(xué)智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究中心, 南京 210096)

為探究瀝青混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(ACS)在高速鐵路無(wú)砟軌道的應(yīng)用前景,提出了一種環(huán)氧瀝青混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(EACS),并開(kāi)展EACS動(dòng)力響應(yīng)與設(shè)計(jì)研究.首先,借鑒CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道和公路瀝青路面的設(shè)計(jì)指標(biāo),建立EACS評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;然后,數(shù)值模擬了高速列車荷載下EACS結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng),確定EACS結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求;最后,借鑒環(huán)氧瀝青混凝土在鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道瀝青混凝土防水層SAMI的設(shè)計(jì)要求,對(duì)EACS用環(huán)氧瀝青混合料進(jìn)行材料設(shè)計(jì),以評(píng)價(jià)ACS結(jié)構(gòu)在高速鐵路無(wú)砟軌道軌下基礎(chǔ)中的適用性.研究結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的環(huán)氧瀝青混凝土能夠滿足高速鐵路軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的使用要求,EACS層厚度宜取35 cm.

環(huán)氧瀝青混凝土;基礎(chǔ)結(jié)構(gòu);高速鐵路;無(wú)砟軌道

軌下基礎(chǔ)是保證高速鐵路穩(wěn)定性、平順性和可靠性的重要結(jié)構(gòu).傳統(tǒng)的有砟軌道鋪設(shè)簡(jiǎn)單、綜合造價(jià)低廉,但是隨著列車速度的不斷提升,高速列車荷載作用下有砟軌道道床容易出現(xiàn)變形、道砟粉化、翻漿冒泥、壓密下沉等問(wèn)題,使得具有高整體性和少維修性等特點(diǎn)的無(wú)砟軌道得到廣泛應(yīng)用[1].現(xiàn)階段,我國(guó)的無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)普遍采用高耐久性、低塑性變形的水泥混凝土板作為軌下基礎(chǔ),軌道全路段剛度均勻,平順性優(yōu)良.然而,大量工程實(shí)踐表明,水泥混凝土材料脆性大、剛度高,軌道結(jié)構(gòu)存在著易開(kāi)裂、適應(yīng)路基變形能力差、維護(hù)困難等問(wèn)題,制約了軌下基礎(chǔ)的長(zhǎng)期使用性能和維護(hù)功能.

與水泥混凝土材料相比,瀝青混凝土材料具有更好的適應(yīng)變形的能力,已在道路、橋梁等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[2-3],但在鐵路方面的應(yīng)用有限,主要作為無(wú)砟軌道路基面防水材料[4]以及軌道板與混凝土道床之間的水泥-瀝青砂漿(簡(jiǎn)稱CA砂漿)墊層材料[5],關(guān)于瀝青混凝土軌下基礎(chǔ)的研究和應(yīng)用相對(duì)保守.國(guó)外已有研究成果及工程應(yīng)用表明,采用全斷面瀝青混凝土軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層(ACS),具有防水、減振、適應(yīng)路基變形、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)[6],但對(duì)瀝青混凝土的強(qiáng)度、耐久性等提出了較高的要求.與一般的瀝青混凝土相比,環(huán)氧瀝青混凝土的強(qiáng)度、剛度、耐久性較高,與水泥混凝土較為接近,同時(shí)兼具良好的變形追從性、密水性等優(yōu)點(diǎn)[7].

本文借鑒德國(guó)GETRAC型瀝青混凝土無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu),將傳統(tǒng)的CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道的軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)替換為環(huán)氧瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層,提出了新型的無(wú)砟軌道環(huán)氧瀝青混凝土軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(EACS).通過(guò)數(shù)值模擬高速列車荷載下EACS結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng),提出EACS結(jié)構(gòu)的力學(xué)指標(biāo)要求,然后借鑒鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝材料的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和無(wú)砟軌道瀝青混凝土防水層SAMI的設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)EACS用環(huán)氧瀝青混合料,并根據(jù)混合料性能測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)ACS結(jié)構(gòu)在高速鐵路無(wú)砟軌道中的適用性.研究結(jié)果有利于推動(dòng)我國(guó)軌下基礎(chǔ)的多元化創(chuàng)新和發(fā)展.

1 EACS評(píng)價(jià)指標(biāo)

目前,國(guó)內(nèi)還沒(méi)有無(wú)砟軌道全斷面瀝青混凝土軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層的應(yīng)用實(shí)例,因此需要建立EACS結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系,用于指導(dǎo)EACS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料設(shè)計(jì).

鋼軌振動(dòng)加速度、鋼軌豎向位移、基床表面豎向位移、基床表面豎向應(yīng)力是傳統(tǒng)無(wú)砟軌道軌下基礎(chǔ)的評(píng)價(jià)指標(biāo).其中,鋼軌振動(dòng)加速度是引起鋼軌螺栓松動(dòng)、魚(yú)尾板裂紋等病害的重要原因,同時(shí)也可以反映列車的振動(dòng)和乘客的舒適性;鋼軌豎向位移和基床表面豎向位移是評(píng)價(jià)軌道平順性的關(guān)鍵指標(biāo);基床表面豎向應(yīng)力可以反映路基面荷載的大小和分布情況.本文提出的新型結(jié)構(gòu)中將CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道的軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)替換成EACS結(jié)構(gòu),軌道板和基床結(jié)構(gòu)仍然沿用傳統(tǒng)無(wú)砟軌道軌下基礎(chǔ)的指標(biāo)要求(見(jiàn)表1)[8-9].

表1 EACS部分指標(biāo)要求

由于無(wú)砟軌道軌下基礎(chǔ)層狀體系特點(diǎn)與公路瀝青路面相似[10],本文在研究EACS結(jié)構(gòu)指標(biāo)時(shí)除了考慮鋼軌振動(dòng)加速度、鋼軌豎向位移等高速鐵路行車要求外,還借鑒了瀝青路面的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo),提出采用瀝青混凝土層底縱、橫向拉應(yīng)力作為EACS瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)指標(biāo).

2 EACS動(dòng)力行為特征

2.1 高速鐵路無(wú)砟軌道軌下基礎(chǔ)模型的建立與驗(yàn)證

由于缺乏EACS結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),為了保證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性,本文首先建立了一段縱向長(zhǎng)為15 m的傳統(tǒng)CRTS-Ⅰ型無(wú)砟軌道模型,并根據(jù)文獻(xiàn)[11-12]的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證.然后,將驗(yàn)證后的模型改成以環(huán)氧瀝青混凝土為軌下基礎(chǔ)的高速鐵路有限元模型.

2.1.1 模型建立

鑒于標(biāo)準(zhǔn)雙線CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)和荷載的對(duì)稱性,本文取結(jié)構(gòu)的一半進(jìn)行建模.CRTS-Ⅰ型無(wú)砟軌道模型的相關(guān)結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)見(jiàn)表2.圖1為簡(jiǎn)化后的鋼軌截面圖.

表2 CRTS-Ⅰ型無(wú)砟軌道模型的結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)

注:基床和土基的邊坡坡度為1∶1.5,基床表層上表面寬6.80 m,基床底層下表面寬10.85 m;填料A為優(yōu)質(zhì)填料,如粗粒無(wú)黏性土;填料B為良好填料,如細(xì)粒含量小于30%的混合土和砂黏土等;填料C為限制使用的填料,如細(xì)粒含量超過(guò)30%的混合土和粉砂等.

圖1 鋼軌尺寸(單位：mm)

采用有限元軟件ABAQUS 6.11建立CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道模型(見(jiàn)圖2).模型中,鋼軌和軌道板分別采用Timoshenko二次型梁?jiǎn)卧狟32和四邊形殼單元S4R模擬,其他部件采用實(shí)體單元C3D8R模擬.鋼軌與軌道板之間通常由扣件系統(tǒng)連接,采用單組彈簧阻尼單元對(duì)扣件系統(tǒng)進(jìn)行模擬,彈簧剛度為30 kN/mm,阻尼為50 kN·s/m.本文假設(shè)軌道板以下各層結(jié)構(gòu)之間接觸面的變形是連續(xù)的,采用綁定接觸.

圖2 高速鐵路無(wú)砟軌道軌下基礎(chǔ)模型

2.1.2 模型驗(yàn)證

根據(jù)CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn),對(duì)模型邊界條件進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化.縱向和橫向上選擇對(duì)稱邊界約束,模型底面選擇固定約束.

在對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)分析前,需要確定模型的作用荷載.高速鐵路一般采用超長(zhǎng)無(wú)縫線路,影響豎向輪軌力的主要原因在于軌道不平順和車輪扁瘢.國(guó)際上普遍認(rèn)可的列車荷載簡(jiǎn)化計(jì)算表達(dá)式為[13]

F(t)=P0+P1sin(ω1t)+P2sin(ω2t)+P3sin(ω3t)

(1)

式中,t為時(shí)間;P0為單輪靜載,此處取值為125 kN;P1,P2,P3分別為在行車平順性(Ⅰ)、作用到線路上的動(dòng)力附加荷載(Ⅱ)、波形磨耗(Ⅲ)三類控制條件下得到的振動(dòng)荷載,且Pi=M0αiωi2,其中M0為列車簧下質(zhì)量,此處取值為750 kg,αi和ωi分別為第i(i=Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)類控制條件下的矢高和圓頻率,且ωi=2πv/Li,其中,v為行車荷載,Li為振動(dòng)荷載波長(zhǎng).

由于本文主要研究的是高速鐵路無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的豎向動(dòng)力荷載響應(yīng),因此主要考慮行車平穩(wěn)性對(duì)軌道的作用,將荷載公式(1)簡(jiǎn)化為

F(t)=P0+P1sin(ω1t)

(2)

為了驗(yàn)證所建模型的有效性,對(duì)CRTS-Ⅰ型無(wú)砟軌道一個(gè)荷載周期內(nèi)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行模擬.取列車時(shí)速為2 00 km/h,對(duì)應(yīng)的荷載變化周期為0.036 s,矢高α1=0.4 mm,振動(dòng)荷載波長(zhǎng)L1=2 m,代入式(2)中可得荷載表達(dá)式為

F(t)=125+9.138sin(174.533t)

(3)

將計(jì)算得到的基床表面豎向位移、基床表面豎向應(yīng)力和基床表面振動(dòng)加速度極值與文獻(xiàn)[11-12]的分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 基床表面力學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果分析

從表3中可以看出,數(shù)值模擬所得的基床表面豎向位移、基床表面豎向應(yīng)力和基床表面振動(dòng)加速度極值均符合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的范圍,從而驗(yàn)證了所建模型的有效性.

2.2 EACS動(dòng)力響應(yīng)分析

第1節(jié)中已給出EACS結(jié)構(gòu)軌道板和基床結(jié)構(gòu)的指標(biāo)要求,對(duì)于環(huán)氧瀝青基礎(chǔ)層的指標(biāo)要求,需要根據(jù)EACS結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)分析確定.

2.2.1 EACS模型

EACS模型是在CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道模型基礎(chǔ)上,將以混凝土為主的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)換成環(huán)氧瀝青混凝土結(jié)構(gòu).

環(huán)氧瀝青混凝土與水泥混凝土相比,材料性能受環(huán)境溫度影響較大,因此在進(jìn)行EACS結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析時(shí)不僅需要考慮環(huán)氧瀝青混凝土層厚度的影響,還需要考慮環(huán)境溫度的影響.本文在建立EACS模型時(shí)借鑒德國(guó)GETRAC型無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu),瀝青層厚度選取為25,30,35,40 cm.此外,按照環(huán)氧瀝青混凝土通常的使用環(huán)境,溫度T選取為-5,10,30,50 ℃,對(duì)應(yīng)的環(huán)氧瀝青混凝土材料參數(shù)見(jiàn)表4[7].

表4 環(huán)氧瀝青混凝土材料參數(shù)

列車時(shí)速采用當(dāng)前我國(guó)高速鐵路的設(shè)計(jì)時(shí)速350 km/h,對(duì)應(yīng)的荷載變化周期為0.021 s,得到荷載表達(dá)式為

F(t)=125+27.985sin(305.424t)

(4)

2.2.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

根據(jù)表1中提出的EACS評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析,重點(diǎn)考察一個(gè)荷載周期內(nèi)不同溫度、不同瀝青層厚度下新型無(wú)砟軌道各動(dòng)力評(píng)價(jià)指標(biāo)極值(見(jiàn)表5),并結(jié)合表1中提出的指標(biāo)要求,確定適宜于新型無(wú)砟軌道的環(huán)氧瀝青層厚度.

表5 不同溫度、不同厚度下的EACS動(dòng)力評(píng)價(jià)指標(biāo)極值

從表5中可以看出,隨著溫度的降低,環(huán)氧瀝青混凝土模量增大,鋼軌振動(dòng)加速度和基床表面豎向應(yīng)力增大,鋼軌豎向位移和基床表面豎向位移減小.隨著瀝青層厚度的增加,鋼軌豎向位移、基床表面豎向位移、基床表面豎向應(yīng)力減小,而鋼軌振動(dòng)加速度增大.根據(jù)表1中的指標(biāo)要求,4種瀝青層厚度下EACS結(jié)構(gòu)的鋼軌振動(dòng)加速度、基床表面豎向位移、基床表面豎向應(yīng)力均能夠滿足要求,但是在環(huán)氧瀝青混凝土厚度小于35 cm、溫度為50 ℃的條件下,EACS結(jié)構(gòu)的鋼軌豎向位移不能滿足2 mm的限值要求.因此,新型高速鐵路環(huán)氧瀝青混凝土無(wú)砟軌道的瀝青層厚度宜采用35 cm,將環(huán)氧瀝青混凝土層厚度為35 cm的EACS結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)記為EACS-35.根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果,得到EACS-35層底拉應(yīng)力指標(biāo)要求,見(jiàn)表6.

表6 EACS-35層底拉應(yīng)力指標(biāo)要求

計(jì)算350 km/h速度下CRTS-Ⅰ型無(wú)砟軌道的動(dòng)力學(xué)響應(yīng),得到鋼軌振動(dòng)加速度為184.32g,鋼軌豎向位移為1.273 mm,基床表面豎向位移和豎向應(yīng)力分別為0.551 mm和18.9 kPa.與表5結(jié)果對(duì)比可以看出,采用全斷面瀝青混凝土軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可減小鋼軌振動(dòng)、基床表面應(yīng)力和基床表面豎向位移,由于結(jié)構(gòu)整體剛度下降,鋼軌豎向位移變大,軌道的平順性受到影響,但仍在指標(biāo)要求范圍內(nèi).

3 EACS用環(huán)氧瀝青混凝土材料

全斷面瀝青混凝土軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層位于軌道板下部,而非如公路瀝青路面般暴露于外界,因此對(duì)其材料性能的要求不能沿用路面瀝青混合料的設(shè)計(jì)要求.本節(jié)首先提出EACS用環(huán)氧瀝青混凝土材料性能要求,然后對(duì)EACS用環(huán)氧瀝青混凝土材料設(shè)計(jì)進(jìn)行研究,分析其在高速鐵路軌下基礎(chǔ)中的適用性.

3.1 材料性能要求

本文所研究的新型無(wú)砟軌道中環(huán)氧瀝青混凝土層具有如下2個(gè)作用:① 承載上部結(jié)構(gòu)應(yīng)力,保持上部軌道結(jié)構(gòu)平順?lè)€(wěn)定,并將應(yīng)力分散給下部基礎(chǔ);② 發(fā)揮防水保護(hù)層的作用.因此, EACS用環(huán)氧瀝青混凝土材料不僅要具備足夠的承載能力,還應(yīng)具有良好的防水性能.

表6已給出了EACS-35環(huán)氧瀝青混凝土基礎(chǔ)層的力學(xué)指標(biāo)要求,其防水性能要求參考CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道的防水要求.CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道要求基床上部的混凝土底座具有大于P20的抗?jié)B等級(jí),并且在基床表面未被混凝土覆蓋的地方需鋪設(shè)SAMI-10瀝青混凝土防水層,本文提出的新型高速鐵路無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)將混凝土底座和SAMI-10防水層均替換成環(huán)氧瀝青混凝土結(jié)構(gòu),因此EACS用環(huán)氧瀝青混凝土材料的防水性能應(yīng)滿足CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道的防水性能要求.此外,CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道的SAMI-10防水層直接暴露于環(huán)境中,所處環(huán)境相對(duì)于內(nèi)部的軌下基礎(chǔ)更為嚴(yán)苛,因此EACS用環(huán)氧瀝青混凝土材料還需滿足SAMI-10混凝土的溫度穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性等要求.

3.2 材料設(shè)計(jì)

目前,環(huán)氧瀝青混凝土材料在鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用已較為成熟,可為EACS用環(huán)氧瀝青混凝土材料設(shè)計(jì)提供良好借鑒.本節(jié)通過(guò)對(duì)比鋼橋面鋪裝用環(huán)氧瀝青混凝土和SAMI-10的級(jí)配組成,對(duì)EACS用環(huán)氧瀝青混凝土材料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),然后根據(jù)混合料的性能測(cè)試評(píng)價(jià)環(huán)氧瀝青混凝土在高速鐵路軌下基礎(chǔ)中的適用性.

3.2.1 配合比設(shè)計(jì)

將常用的鋼橋面鋪裝用環(huán)氧瀝青混凝土級(jí)配EA-10與SAMI-10進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果見(jiàn)表7.從表中可以看出,EA-10與SAMI-10的級(jí)配范圍相似,均屬于偏細(xì)級(jí)配,而EA-10細(xì)集料的相對(duì)密度相對(duì)于SAMI-10較高.較細(xì)的級(jí)配不僅可以保證混合料良好的防水性能,還可以提高混合料的抗疲勞性能.因此,本文采用EA-10的級(jí)配范圍進(jìn)行材料配合比設(shè)計(jì),得到合成級(jí)配的設(shè)計(jì)結(jié)果如表8所示,采用馬歇爾試驗(yàn)方法混合料的最佳油石比為6.7%.

表7 EA-10與SAMI-10級(jí)配對(duì)比 %

注:d為方孔篩的孔徑.

3.2.2 性能評(píng)價(jià)

本節(jié)分別采用劈裂試驗(yàn)、馬歇爾試驗(yàn)、線收縮試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、滲水試驗(yàn)對(duì)EACS用環(huán)氧瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度、溫度穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、抗?jié)B性能進(jìn)行測(cè)試.同時(shí),參考水泥混凝土抗?jié)B性試驗(yàn)方法,測(cè)試EACS用環(huán)氧瀝青混合料抗?jié)B等級(jí).測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表8.從表中可以看出,環(huán)氧瀝青混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的防水性能,用于高速鐵路軌下基礎(chǔ)層可以有效地防止上部積水滲入基層,環(huán)氧瀝青混合料抗拉強(qiáng)度、穩(wěn)定度遠(yuǎn)高于指標(biāo)要求,可以滿足結(jié)構(gòu)受力要求,而其他性能測(cè)試結(jié)果也均在指標(biāo)要求范圍內(nèi).研究成果可為全斷面環(huán)氧瀝青混凝土軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層在高速鐵路無(wú)砟軌道中的應(yīng)用提供理論依據(jù).

表8 EACS用環(huán)氧瀝青混合料性能測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)論

1) 借鑒CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道和公路瀝青路面的設(shè)計(jì)指標(biāo),將鋼軌振動(dòng)加速度、鋼軌豎向位移、基床表面豎向位移、基床表面豎向應(yīng)力、瀝青混凝土層底縱向拉應(yīng)力、瀝青混凝土層底橫向拉應(yīng)力作為EACS結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)指標(biāo).

2) 根據(jù)EACS結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)分析結(jié)果,EACS結(jié)構(gòu)環(huán)氧瀝青層厚度宜取35 cm.與CRTS-Ⅰ型板式無(wú)砟軌道相比,采用EACS結(jié)構(gòu)可以減小鋼軌振動(dòng)、基床表面應(yīng)力和位移,但鋼軌豎向位移變大.

3) 本文設(shè)計(jì)的EACS用環(huán)氧瀝青混合料能夠滿足高速鐵路無(wú)砟軌道軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)對(duì)材料強(qiáng)度、溫度穩(wěn)定性、防滲、抗水損等要求,并且強(qiáng)度遠(yuǎn)高于指標(biāo)要求.

References)

[1]盧祖文. 高速鐵路軌道技術(shù)綜述[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào), 2007, 24(1): 41-54. DOI:10.3969/j.issn.1006-2106.2007.01.007. Lu Zuwen. Overall comments on track technology of high-speed railway[J].JournalofRailwayEngineeringSociety, 2007, 24(1): 41-54. DOI:10.3969/j.issn.1006-2106.2007.01.007.(in Chinese)

[2]Das P K, Kringos N, Birgisson B. Numerical study on the effect of mixture morphology on long-term asphalt mixture ageing[J].InternationalJournalofPavementEngineering, 2015, 16(8): 710-720. DOI:10.1080/10298436.2014.943222.

[3]錢振東, 孟凡奇, 曾靖. 高性能瀝青混凝土機(jī)場(chǎng)道面結(jié)構(gòu)[J]. 東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2015, 45(3): 575-580. DOI:10.3969/j.issn.1001-0505.2015.03.028. Qian Zhendong, Meng Fanqi, Zeng Jing. Airfield pavement with high performance asphalt concrete[J].JournalofSoutheastUniversity(NaturalScienceEdition), 2015, 45(3): 575-580. DOI:10.3969/j.issn.1001-0505.2015.03.028.(in Chinese)

[4]Fang M, Qiu Y, Ai C, et al. Gradation determination of impermeable asphalt mix on subgrade surface layer for ballastless track in high-speed railway lines [C]//ThirdInternationalConferenceonTransportationEngineering(ICTE).Chengdu, China, 2011: 1926-1931. DOI:10.1061/41184(419)318.

[5]Fu Q, Xie Y J, Long G C, et al. Temperature sensitivity and model of stress relaxation properties of cement and asphalt mortar[J].ConstructionandBuildingMaterials, 2015, 84: 1-11. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2015.03.064.

[6]Lee S H, Lee J W, Park D W, et al. Evaluation of asphalt concrete mixtures for railway track[J].ConstructionandBuildingMaterials, 2014, 73: 13-18. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2014.09.053.

[7]Chen L, Qian Z, Zhang L. Evaluation of epoxy asphalt concrete damping parameters using impact resonance test[J].JournalofTestingandEvaluation, 2012, 40(5): 20120058. DOI:10.1520/jte20120058.

[8]張千里, 韓自力, 呂賓林. 高速鐵路路基基床結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)方法[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué), 2005, 26(6): 53-57. DOI:10.3321/j.issn:1001-4632.2005.06.011. Zhang Qianli, Han Zili, Lü Binlin. Structural analysis and design method for subgrade bed of high-speed railway[J].ChinaRailwayScience, 2005, 26(6): 53-57. DOI:10.3321/j.issn:1001-4632.2005.06.011.(in Chinese)

[9]聶志紅. 高速鐵路軌道路基豎向動(dòng)力響應(yīng)分析[D]. 長(zhǎng)沙: 中南大學(xué)土木工程學(xué)院, 2005.

[10]陽(yáng)恩慧, 艾長(zhǎng)發(fā), 邱延峻. 采用剛度矩陣法的彈性層狀體系數(shù)值解法[J]. 交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào), 2014, 14(4): 18-28. DOI:10.3969/j.issn.1671-1637.2014.04.003. Yang Enhui, Ai Changfa, Qiu Yanjun. Numerical method of multi-layer elastic system by using stiffness matrix method[J].JournalofTrafficandTransportationEngineering, 2014, 14(4): 18-28. DOI:10.3969/j.issn.1671-1637.2014.04.003.(in Chinese)

[11]蔡成標(biāo), 翟婉明, 王開(kāi)云. 遂渝線路基上板式軌道動(dòng)力性能計(jì)算及評(píng)估分析[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué), 2006, 27(4): 17-21. DOI:10.3321/j.issn:1001-4632.2006.04.004. Cai Chengbiao, Zhai Wanming, Wang Kaiyun. Calculation and assessment analysis of the dynamic performance for slab track on Sui-Yu railway[J].ChinaRailwayScience, 2006, 27(4): 17-21. DOI:10.3321/j.issn:1001-4632.2006.04.004.(in Chinese)

[12]范生波. 高速鐵路無(wú)砟軌道路基動(dòng)響應(yīng)測(cè)試分析[D]. 成都: 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院, 2010.

[13]Jenkins H H, Stephenson J E, Clayton G A, et al. The effect of track and vehicle parameters on wheel/rail vertical dynamic loads[J].RailwayEngineeringJournal, 1974, 3(1):2-16.

Dynamic response and design of epoxy asphalt concrete substructure for high-speed railway

Qian Zhendong Liu Yang Liu Xinyi

(Intelligent Transport System Research Center, Southeast University, Nanjing 210096, China)

To study the application prospect of the asphalt concrete substructure (ACS) for the ballastless track of high-speed railway, an epoxy asphalt concrete substructure (EACS) was proposed, and the dynamic response and design of EACS were investigated. First, the evaluation index system of the EACS was established according to the index systems of the CRTS-Ⅰslab ballastless track and the asphalt pavement. Secondly, the dynamic responses of the EACS under the high-speed train loading were simulated, and the design requirements of the EACS were determined. Finally, referring to the application experience of epoxy asphalt mixture in steel bridge pavement and the design requirements of the surface asphalt mixture impermeable (SAMI) layer for the CRTS-Ⅰslab ballastless track, the epoxy asphalt mixture for the EACS was designed, and the applicability of the ACS in the ballastless track of high-speed railway was evaluated. The research results show that the designed EACS can meet the operating requirements of the high-speed railway substructure, and the appropriate thickness of the EACS is 35 cm.

epoxy asphalt concrete; substructure; high-speed railway; ballastless track

第47卷第1期2017年1月 東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)JOURNALOFSOUTHEASTUNIVERSITY(NaturalScienceEdition) Vol．47No．1Jan．2017DOI：10．3969/j．issn．1001-0505．2017．01．021

2016-05-04. 作者簡(jiǎn)介: 錢振東(1969—),女,博士,教授,博士生導(dǎo)師,qianzd@seu.edu.cn.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51378122,51678146)、東南大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文培育基金資助項(xiàng)目(YBJJ1680).

錢振東，劉陽(yáng)，劉昕依.高速鐵路環(huán)氧瀝青混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)及設(shè)計(jì)[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,47(1):118-123.

10.3969/j.issn.1001-0505.2017.01.021.

U213.244

A

1001-0505(2017)01-0118-06