中国铁路轨道系统Ⅰ型板式无砟轨道中水泥乳化沥青砂浆的粘弹性变形分析研究

摘要

目的:作为粘弹性材料,水泥乳化沥青(CA)砂浆的变形依赖于时间,且包含不可恢复变形,使得轨道板与CA砂浆层之间形成离缝,进而影响轨道的结构受力与变形。本文旨在研究CA砂浆在列车荷载作用下、不同初始弹性模量时的粘弹性变形规律,以期为轨道结构的维修养护提供参考。创新点:1.以粘弹性理论与时间硬化率分析方法为基础,拟合得到CA砂浆的时间硬化率特征参数;2.建立基于时间硬化率的中国铁路轨道系统(CRTS)I型板式无砟轨道实体模型,成功模拟了CA砂浆的粘弹性变形过程。方法:1.运用Burgers与四单元五参数粘弹性本构方程,拟合得到CA砂浆的时间硬化率特征参数,并验证该参数的合理性(图5);2.结合现场测试所得钢轨支点压力,统计分析得到有限元模型循环加载的幅值与周期(图11);3.通过仿真模拟,得到CA砂浆在列车荷载作用下、不同初始弹性模量时的粘弹性变形,进而探寻CA砂浆的粘弹性变形规律(图16和17)。结论:1.基于时间硬化率的分析模型能较好地模拟CA砂浆变形行为。2.随着CA砂浆初始弹性模量的增大,CA砂浆在粘弹性变形前后的应变差值逐渐减小,位移差值逐渐增大;位移差值集中于0.2~0.6mm,且变形敏感区域约为板端2.5个扣件间距。3.CA砂浆本身粘弹性特征引起的不可恢复变形是导致CA砂浆层与轨道板之间形成离缝的重要原因之一;在研究CA砂浆变形及损伤时,建议考虑CA砂浆粘弹性行为及其变形特征的不利影响。