趙麗華，胡安澤，孟慶武，張吉松

(1.大連交通大學(xué)土木工程學(xué)院,大連 116028; 2.遼寧建筑職業(yè)學(xué)院,遼寧遼陽(yáng) 111000)

引言

21世紀(jì)以來(lái),中國(guó)軌道交通建設(shè)取得了舉世矚目的成就,為國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速提升做出了卓越貢獻(xiàn)。尤其高速鐵路建設(shè)經(jīng)歷了一次跨越式的發(fā)展,在世界范圍內(nèi)的認(rèn)知度逐步提升。然而,隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的不斷積累,作為鐵路車輛最主要和直接的承力結(jié)構(gòu),無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)在服役過(guò)程中出現(xiàn)了突發(fā)性、群發(fā)性的病害[1]。據(jù)調(diào)查,運(yùn)營(yíng)10年的哈大高速鐵路CRTSⅠ型軌道結(jié)構(gòu)的CA砂漿層出現(xiàn)了離縫、掉塊、水損害等病害[2]。CA砂漿的破損導(dǎo)致軌道板出現(xiàn)懸空現(xiàn)象,對(duì)軌道結(jié)構(gòu)受力、變形產(chǎn)生不利影響,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)破壞,危及行車安全。因此,研究CA砂漿層破損程度對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響,對(duì)于分析軌道結(jié)構(gòu)的服役壽命、確定大修周期,確保列車的運(yùn)行安全具有重要意義。

關(guān)于CA砂漿層破壞現(xiàn)象、破壞機(jī)理、檢測(cè)技術(shù)及對(duì)軌道結(jié)構(gòu)影響等方面,國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了一系列研究工作。ROSE等[3]討論了CA砂漿在無(wú)砟軌道上的應(yīng)用情況,以及應(yīng)用過(guò)程中可能出現(xiàn)的開(kāi)裂、離縫等病害。RUTHEFORD等[4]對(duì)CA砂漿與混凝土間的黏結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行了試件試驗(yàn),分析了層間剪切破壞問(wèn)題。TANAKA等[5]應(yīng)用紅外檢測(cè)技術(shù)對(duì)橋上無(wú)砟軌道的掉塊、開(kāi)裂等破壞進(jìn)行了測(cè)試,驗(yàn)證了無(wú)損檢測(cè)方法的可行性。王森榮、劉鈺等[6-7]對(duì)既有線路無(wú)砟軌道的裂紋情況進(jìn)行了調(diào)研和匯總,指出溫度和混凝土收縮是層間開(kāi)裂的主要原因。朱勝陽(yáng)[8]建立了砂漿層的統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型,探究了含裂縫情況下砂漿層的動(dòng)態(tài)性能變化及損傷發(fā)展。孫魁[9]建立了車輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)模型,模型中考慮了CA砂漿的離縫,通過(guò)正交試驗(yàn)分析了離縫長(zhǎng)度、寬度及高度對(duì)輪軌系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響。劉克旭[10]分別使用ANSYS及ABAQUS軟件建立了橋上CRTS I型板式軌道模型,探究橋上CRTS I型板式軌道結(jié)構(gòu)存在離縫病害時(shí)的受力以及變形規(guī)律。張振[11]建立了列車-CRTS Ⅱ型板式軌道-路基耦合動(dòng)力分析模型,考慮支撐層板端脫空和板中脫空兩種病害對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響。楊榮山等[12]建立了CRTS Ⅱ型板式軌道靜力計(jì)算模型,將模型整體視為等效縱向連續(xù)的彈性體,研究底座板后澆帶脫空長(zhǎng)度對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的位移和受力影響。

綜上所述,現(xiàn)有板式軌道服役性能研究中,CA砂漿層掉塊對(duì)CRTS I型板式軌道動(dòng)力性能影響研究還較少,且大多數(shù)軌道結(jié)構(gòu)數(shù)值計(jì)算模型中,將CA砂漿層視為線彈性體進(jìn)行定義,忽略CA砂漿自身的黏彈性,造成仿真計(jì)算與材料實(shí)際性能不一致。筆者前期研究表明[13-14],在CRTS I型板式軌道動(dòng)力響應(yīng)分析中,將CA砂漿層定義為黏彈性材料或彈性材料兩種屬性,當(dāng)考慮5 s的激振力荷載作用時(shí),軌道板和底座板力學(xué)響應(yīng)的差異不可忽略,尤其CA砂漿層的應(yīng)力幅值變化較大。當(dāng)采用車輪移動(dòng)荷載作用時(shí),材料的本構(gòu)關(guān)系不同對(duì)軌道板和底座板垂向位移的結(jié)果均有一定影響,因此在軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析中考慮CA砂漿層的黏彈性是必要的。張艷榮等[15]采用有限元軟件基于時(shí)間硬化模型,建立了考慮CA砂漿黏彈性的有限元模型,研究軌道板與CA砂漿層之間的脫粘問(wèn)題,及其對(duì)軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。研究表明,黏彈性參數(shù)的加入有效提高了有限元分析的性能,可以更好地預(yù)測(cè)層間脫粘的發(fā)生和軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。徐浩[16]基于Burgers模型轉(zhuǎn)換的Prony級(jí)數(shù)表征CA砂漿的黏彈性,并在此基礎(chǔ)上分析了其損傷對(duì)軌道力學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),CA砂漿層脫空對(duì)軌道的受力有不利影響?；趩?wèn)題的復(fù)雜性,繼續(xù)開(kāi)展CA砂漿層破損程度對(duì)軌道結(jié)構(gòu)性能影響研究,具有重要的理論價(jià)值及工程指導(dǎo)意義。

基于修正Burgers模型轉(zhuǎn)換的Prony級(jí)數(shù)表征CA砂漿的黏彈性屬性,建立CRTS I型板式無(wú)砟軌道模型,研究車輪荷載作用下,CA砂漿層板端、板中不同區(qū)域出現(xiàn)不同程度的掉塊破壞時(shí),軌道結(jié)構(gòu)各部件的動(dòng)力響應(yīng),為進(jìn)一步確定無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的維修時(shí)機(jī)提供理論指導(dǎo)。

1 板式無(wú)砟軌道3D數(shù)值模型

1.1 模型參數(shù)

CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道由鋼軌、扣件、軌道板、CA砂漿層、擋臺(tái)、擋臺(tái)樹(shù)脂、混凝土底座板及基礎(chǔ)組成。采用ABAQUS有限元軟件,首先建立無(wú)砟軌道各部件模型,賦予材料屬性,再由接觸關(guān)系、連接器等將各部件組合,形成了CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道三維數(shù)值模型。為提高計(jì)算精度,本研究建立了3塊軌道板長(zhǎng)度的軌道模型,如圖1所示,模型各結(jié)構(gòu)層主要參數(shù)如表1所示。

表1 軌道結(jié)構(gòu)主要參數(shù)Table 1 Main parameters of track structure

圖1 軌道及車輪荷載模型Fig.1 Track and wheel load model

CA砂漿在材料屬性中考慮其黏彈性,在ABAQUS有限元軟件中,可以通過(guò)材料剪切松弛模量的Prony級(jí)數(shù)式(1)來(lái)實(shí)現(xiàn)材料的黏彈特征[17]。課題組前期開(kāi)展了30 ℃條件下CA砂漿試件的室內(nèi)壓縮蠕變?cè)囼?yàn)[18],獲得了應(yīng)變-時(shí)間曲線,對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了多個(gè)黏彈性蠕變方程的參數(shù)擬合,通過(guò)對(duì)比分析,確定修正Burgers模型(式2)能更好地表征CA砂漿的蠕變特征[19]。擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得的修正Burgers模型參數(shù)結(jié)果如表2所示。

(1)

(2)

參照現(xiàn)有研究成果,計(jì)算修正Burgers模型的Prony級(jí)數(shù)表達(dá)式[20]。G1為初始剪切模量;ti為松弛時(shí)間;ai為相對(duì)剪切模量;CA砂漿剪切模量G0=0。通過(guò)對(duì)表2數(shù)據(jù)的參數(shù)轉(zhuǎn)換,獲得CA砂漿材料的Prony級(jí)數(shù)計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 CA砂漿的Prony級(jí)數(shù)Table 3 Prony series of CA mortar

1.2 列車荷載

當(dāng)列車在軌道行駛時(shí),其計(jì)算荷載取最大值,CRH2型動(dòng)車組定員100人時(shí)質(zhì)量為56 t,此時(shí)平均軸重Pv=56.0×1 000×9.8/8=68 600 N,則最大計(jì)算載荷為

Pmax=Pv(1+kvd)

(3)

式中,Pmax為最大垂向載荷,N;Pv為平均軸重,N;kvd為彈簧撓度裕量系數(shù),動(dòng)車組客車轉(zhuǎn)向架中有油壓減振器,取kvd=0.5。在忽略輪對(duì)質(zhì)量的條件下,每個(gè)車輪與鋼軌之間的平均最大壓力P=Pmax/2=51 450 N。模型中使用一個(gè)轉(zhuǎn)向架上的兩組輪對(duì)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載,建立軌道及列車移動(dòng)荷載模型(圖1),輪對(duì)速度取哈大高速鐵路夏季運(yùn)行速度300 km/h。

2 CA砂漿層掉塊簡(jiǎn)化

CRTS I型板式無(wú)砟軌道是由多層結(jié)構(gòu)復(fù)合而成,受環(huán)境以及列車荷載等因素的影響,CA砂漿層出現(xiàn)了多種病害。當(dāng)軌道板與CA砂漿層間存在離縫破壞后,列車經(jīng)過(guò)會(huì)使軌道結(jié)構(gòu)間產(chǎn)生拍打作用,造成CA砂漿層頂?shù)魤K破壞并逐漸擴(kuò)展。本研究中僅考慮CA砂漿掉塊發(fā)生在層頂位置,固定掉塊高度5 mm(層高的1/10),并沿橫向貫通,探究在板端位置及板中位置發(fā)生不同長(zhǎng)度掉塊時(shí),軌道結(jié)構(gòu)整體變形及受力的變化規(guī)律。

對(duì)于板端掉塊,其掉塊方向由一側(cè)板端開(kāi)始向板中擴(kuò)展,首次掉塊長(zhǎng)度到達(dá)第一個(gè)扣件位置,距離板端0.287 5 m,此后以相鄰扣件間距的一半為單位進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)于板中掉塊,掉塊方向由板中開(kāi)始向兩側(cè)板端擴(kuò)展,首次掉塊為板中兩個(gè)扣件之間的長(zhǎng)度,此后以相鄰扣件間距為單位均勻向兩側(cè)擴(kuò)展。計(jì)算工況如下。

工況一:CA砂漿層板端掉塊長(zhǎng)度L1分別為0,0.287 5,0.6,0.912 5,1.225,1.537 5,1.85,2.162 5,2.475 m;掉塊高度5 mm,發(fā)生在CA砂漿層頂位置。板端首次掉塊時(shí)(即L1=0.287 5 m)如圖2(a)所示。

圖2 CA砂漿層掉塊示意Fig.2 Schematic diagram of CA mortar layer falling blocks

工況二:CA砂漿層板中掉塊長(zhǎng)度L2分別為0,0.625,1.25,1.875,2.5,3.125 m;掉塊高度5 mm,發(fā)生在CA砂漿層頂位置。板中首次掉塊時(shí)(即L2=0.625 m)如圖2(b)所示。

在ABAQUS中可以使用Model-change功能模擬部件掉塊,預(yù)先在模型中設(shè)定CA砂漿層掉塊的位置和長(zhǎng)度,并在需要的分析中激活。

3 結(jié)果分析

3.1 CA砂漿無(wú)破壞時(shí)軌道結(jié)構(gòu)受力與變形

對(duì)無(wú)破壞的板式無(wú)砟軌道數(shù)值模型施加車輪移動(dòng)荷載,運(yùn)算后獲得基于CA砂漿黏彈性的軌道結(jié)構(gòu)變形及受力結(jié)果。查看軌道結(jié)構(gòu)的垂向位移云圖如圖3(a)所示,中間塊軌道板和CA砂漿部件以及底座板的Mises應(yīng)力云圖分別如圖3(b)～圖3(d)所示。提取各結(jié)構(gòu)部件的位移及應(yīng)力仿真計(jì)算結(jié)果,并與遂渝線、武廣客運(yùn)專線實(shí)測(cè)及相關(guān)文獻(xiàn)仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,如表4所示。

表4 仿真結(jié)果與其他文獻(xiàn)結(jié)果對(duì)比Table 4 Comparison of simulation results with other literature results

圖3 軌道結(jié)構(gòu)位移及應(yīng)力云圖(位移單位:m;應(yīng)力單位:Pa)Fig.3 Displacement and stress cloud diagram of track structure (displacement unit: m; stress unit: Pa)

從圖3可以看出,軌道結(jié)構(gòu)整體垂向位移中間板處最大;中間軌道板的Mises應(yīng)力在扣件處有明顯增大效果,這是由于扣件對(duì)鋼軌作用造成的;CA砂漿層的四個(gè)板角位置應(yīng)力較大,因此,在列車荷載長(zhǎng)期作用下,板角處易發(fā)生破壞,實(shí)際工程中應(yīng)尤其注意此處的養(yǎng)護(hù)和檢修;底座板外圍應(yīng)力值偏大,這是由于車輪荷載對(duì)底座板外側(cè)產(chǎn)生了擠壓,是導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)中的底座板邊緣掉塊碎裂的原因之一。由表4結(jié)果表明,CA砂漿定義為黏彈性時(shí),有限元模型仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值和其他文獻(xiàn)仿真結(jié)果吻合度較好。其中,CA砂漿壓縮量小于實(shí)測(cè)值,但其值與其他文獻(xiàn)仿真結(jié)果相近。鋼軌下方軌道板垂向壓應(yīng)力略大于實(shí)測(cè)值,這是由于模型計(jì)算中移動(dòng)荷載的取值為計(jì)算荷載最大值。

通過(guò)上述對(duì)比分析可以看出,應(yīng)用修正Burgers模型轉(zhuǎn)換Prony級(jí)數(shù)的方法來(lái)表征CA砂漿的黏彈性,用輪對(duì)模擬列車荷載,仿真計(jì)算結(jié)果顯示的最不利應(yīng)力位置與實(shí)際結(jié)構(gòu)破壞規(guī)律基本一致,仿真計(jì)算數(shù)值與實(shí)測(cè)值和其他文獻(xiàn)仿真結(jié)果能夠較好地吻合,表明本模型符合實(shí)際情況,可以用于分析CRTS I型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的服役性能。

3.2 CA砂漿層板端掉塊對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響

3.2.1 對(duì)軌道板和底座板的影響

對(duì)CA砂漿板端不同長(zhǎng)度掉塊(工況一)的軌道模型進(jìn)行加載計(jì)算。為對(duì)比分析,選擇鋼軌下方處,第1、2扣件中點(diǎn)位置(距離板邊0.6 m)各部件層頂節(jié)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果,提取軌道板和底座板的加速度、位移、縱橫向應(yīng)力峰值,繪制CA砂漿層板端掉塊長(zhǎng)度與軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)關(guān)系曲線如圖4所示。

圖4 CA砂漿層板端掉塊長(zhǎng)度對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響Fig.4 Effect of the length of CA mortar layer plate falling block on track structure

由圖4(a)和圖4(b)可以看出,隨著CA砂漿層掉塊長(zhǎng)度增加,軌道板的垂向加速度和垂向位移峰值逐漸增大,底座板的垂向加速度和垂向位移峰值逐漸減小;表明CA砂漿層板端掉塊對(duì)軌道板產(chǎn)生了不利影響,增加了軌道板振動(dòng)頻率及垂向位移振動(dòng)幅值,而底座板的振動(dòng)頻率和幅值卻減小。當(dāng)CA砂漿層板端掉塊長(zhǎng)度達(dá)到0.912 5 m以后,軌道板垂向加速度迅速增長(zhǎng),掉塊長(zhǎng)度達(dá)到2.475 m(即薄層掉塊長(zhǎng)度達(dá)到板長(zhǎng)一半)時(shí),軌道板垂向加速度、垂向位移峰值分別增加了35.6%和20.2%。

圖4(c)結(jié)果表明,軌道板的橫向拉應(yīng)力受CA砂漿層板端掉塊長(zhǎng)度的影響較小;而縱向拉應(yīng)力則先減小后增大,這是由于軌道板的支承突然減弱,讀取點(diǎn)位置距離板邊較近,導(dǎo)致局部位置出現(xiàn)應(yīng)力減小,當(dāng)?shù)魤K長(zhǎng)度達(dá)到1.225 m以后,軌道板出現(xiàn)較長(zhǎng)一段支撐層變?nèi)?軌道板讀取點(diǎn)位置的縱向拉應(yīng)力快速增長(zhǎng),掉塊長(zhǎng)度達(dá)到2.475 m時(shí),軌道板縱向拉應(yīng)力從284.06 kPa增大到471.13 kPa,增大幅度為65.9%,CA砂漿層板端掉塊對(duì)軌道板縱向拉應(yīng)力影響顯著。

圖4(d)結(jié)果表明,底座板的橫向拉應(yīng)力和縱向拉應(yīng)力均先增大后逐漸減小,這是由于CA砂漿層出現(xiàn)較小長(zhǎng)度掉塊時(shí),軌道板對(duì)底座板的拍打作用,導(dǎo)致底座板應(yīng)力增加;隨著CA砂漿掉塊長(zhǎng)度增加,減弱了荷載的向下傳遞,因此底座板的應(yīng)力呈減小趨勢(shì)。

3.2.2 對(duì)CA砂漿層的影響

當(dāng)列車經(jīng)過(guò)掉塊區(qū)域時(shí),將形成較大的軌道不平順,產(chǎn)生沖擊作用,從而使掉塊區(qū)域邊緣的CA砂漿承受的垂向壓應(yīng)力急劇增大。提取鋼軌下方對(duì)應(yīng)CA砂漿掉塊邊緣處的壓應(yīng)力,與無(wú)掉塊時(shí)相同位置計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,如表5所示。

表5 CA砂漿板端掉塊區(qū)域邊緣處壓應(yīng)力與無(wú)掉塊時(shí)對(duì)比結(jié)果Table 5 Comparison results of compressive stress at the edge of the CA mortar board end falling block area with that without falling block

從表5可以看出,隨著掉塊長(zhǎng)度增大,CA砂漿層掉塊邊緣處的垂向壓應(yīng)力急劇增大。當(dāng)?shù)魤K長(zhǎng)度為0.912 5 m時(shí),壓應(yīng)力的增長(zhǎng)幅度達(dá)到了87.2%;掉塊長(zhǎng)度達(dá)到2.475 m時(shí),CA砂漿層的垂向壓應(yīng)力達(dá)到了60.87 kPa,雖然此時(shí)CA砂漿的垂向壓應(yīng)力仍低于其抗壓強(qiáng)度,但在列車荷載的往復(fù)加載下,CA砂漿層將繼續(xù)破損,抗壓強(qiáng)度逐漸降低,最終導(dǎo)致CA砂漿層出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞,縮短軌道結(jié)構(gòu)的使用壽命。

3.3 CA砂漿層板中掉塊對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響

3.3.1 對(duì)軌道板和底座板的影響

對(duì)CA砂漿板中掉塊(工況二)的軌道模型進(jìn)行加載計(jì)算。為對(duì)比分析不同板中掉塊長(zhǎng)度對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響,在車輪荷載通過(guò)軌道的過(guò)程中,讀取中截面鋼軌下方軌道板和底座板層頂對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)值計(jì)算結(jié)果,各部件提取點(diǎn)位置的垂向加速度、垂向位移及縱橫向應(yīng)力峰值如圖5所示。

圖5 CA砂漿層板中掉塊長(zhǎng)度對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響Fig.5 The effect of falling block length on track structure in CA mortar layer board

圖5(a)和圖5(b)結(jié)果表明,隨著CA砂漿層掉塊長(zhǎng)度增加,軌道板的垂向加速度和垂向位移峰值逐漸增大,底座板的垂向加速度和垂向位移峰值逐漸減小;表明CA砂漿層板中掉塊對(duì)軌道板產(chǎn)生了不利影響,增加了軌道板振動(dòng)頻率及垂向位移振動(dòng)幅值,當(dāng)板中掉塊長(zhǎng)度為3.125 m時(shí),軌道板垂向加速度、垂向位移峰值分別增大25.4%和8.4%。

圖5(c)結(jié)果表明,軌道板的橫向拉應(yīng)力和縱向拉應(yīng)力會(huì)隨板中掉塊長(zhǎng)度的增大而增大,這是因?yàn)檐壍腊迨ピ蠧A砂漿對(duì)其的支撐作用,豎向變形增加,從而承受的縱橫向拉應(yīng)力增大;其中軌道板縱向拉應(yīng)力變化幅度顯著,當(dāng)板中掉塊長(zhǎng)度超過(guò)1.25 m以后,軌道板的縱向拉應(yīng)力開(kāi)始快速增長(zhǎng),掉塊長(zhǎng)度達(dá)到3.125 m時(shí),軌道板縱向拉應(yīng)力增大幅度為1 051.6%。

圖5(d)結(jié)果表明,隨著CA砂漿掉塊長(zhǎng)度的增加,底座板的橫向拉應(yīng)力和縱向拉應(yīng)力逐漸減小,這是因?yàn)镃A砂漿的掉塊減弱了荷載的向下傳遞。

3.3.2 對(duì)CA砂漿層的影響

當(dāng)列車經(jīng)過(guò)板中掉塊區(qū)域時(shí),與板端掉塊類似,掉塊區(qū)域邊緣與軌道板接觸處的CA砂漿層的垂向壓應(yīng)力急劇增大,提取鋼軌下方對(duì)應(yīng)CA砂漿掉塊邊緣處壓應(yīng)力計(jì)算結(jié)果,與無(wú)掉塊時(shí)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果如表6所示。

表6 CA砂漿板中掉塊區(qū)域邊緣處壓應(yīng)力與無(wú)掉塊時(shí)對(duì)比結(jié)果Table 6 Comparison results of compressive stress at the edge of the falling block area in CA mortar board with that without falling block

從表6可以看出,CA砂漿層掉塊邊緣處的垂向壓應(yīng)力急劇增大,且隨著掉塊長(zhǎng)度增大,應(yīng)力增長(zhǎng)幅度越大。當(dāng)?shù)魤K長(zhǎng)度為1.25 m時(shí),壓應(yīng)力的增長(zhǎng)幅度達(dá)到了81.1%;當(dāng)?shù)魤K長(zhǎng)度達(dá)到3.125 m時(shí),CA砂漿層的垂向壓應(yīng)力達(dá)到了59.32 kPa,增大幅度為262.1%。與板端發(fā)生掉塊情況類似,雖然此時(shí)CA砂漿的垂向壓應(yīng)力仍低于其抗壓強(qiáng)度,但在列車荷載作用下,CA砂漿層同樣會(huì)繼續(xù)破損。

4 結(jié)論

本文建立了基于CA砂漿黏彈性的CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道數(shù)值計(jì)算模型,通過(guò)對(duì)CA砂漿層不同程度的板端、板中掉塊破壞的模擬,獲得車輪荷載作用下,砂漿層不同掉塊長(zhǎng)度對(duì)軌道結(jié)構(gòu)各部件動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律,得出以下結(jié)論。

(1)應(yīng)用修正Burgers模型轉(zhuǎn)換Prony級(jí)數(shù)的方法來(lái)表征CA砂漿的黏彈性,可用于分析CRTS I型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的服役性能。

(2)隨著CA砂漿層的板端及板中掉塊區(qū)域增大,軌道板的垂向位移、垂向加速度和縱向拉應(yīng)力均顯著增大,底座板垂向位移及受力均減小,掉塊破壞對(duì)軌道板的影響大于對(duì)底座板。掉塊區(qū)域邊緣位置的CA砂漿層的壓應(yīng)力急劇增大,將進(jìn)一步加快掉塊的擴(kuò)展,容易引起軌道結(jié)構(gòu)破壞的惡性循環(huán)。

(3)軌道板與CA砂漿層存在離縫,并產(chǎn)生薄層破壞時(shí),應(yīng)引起重視。車輪荷載作用下,當(dāng)CA砂漿層板端薄層掉塊達(dá)到0.912 5 m,板中掉塊達(dá)到1.25 m時(shí),軌道板的振動(dòng)和CA砂漿層的壓應(yīng)力將顯著增大,根據(jù)實(shí)際情況,有針對(duì)性地對(duì)CA砂漿層進(jìn)行檢修,避免軌道結(jié)構(gòu)破壞快速擴(kuò)展。