寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損對(duì)無砟軌道-簡支梁橋結(jié)構(gòu)受力性能影響

周凌宇，覃茜，李炎

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寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損對(duì)無砟軌道-簡支梁橋結(jié)構(gòu)受力性能影響

周凌宇1，覃茜1,2，李炎3

(1. 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410075； 2. 廣西交通科學(xué)研究院有限公司，廣西 南寧 530007； 3. 碧桂園集團(tuán)，廣東 順德 528311)

基于彈性地基梁體理論，考慮寬窄接縫與軌道板之間界面開裂與CA砂漿脫空耦合傷損，建立傷損狀態(tài)下的CRTS II型板式無砟軌道-簡支梁橋結(jié)構(gòu)有限元模型，分析寬窄接縫與CA砂漿不同傷損型式和不同位置耦合傷損尺寸在正溫度梯度荷載作用下對(duì)無砟軌道-簡支梁橋結(jié)構(gòu)受力及變形的影響。研究結(jié)果表明：寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損較寬窄接縫界面開裂或CA砂漿脫空單一傷損型式對(duì)結(jié)構(gòu)受力與變形更為不利；當(dāng)耦合傷損面積超過0.975 m×0.765 m，長度超過0.975 m或?qū)挾瘸^0.51 m時(shí)，軌道板拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度，影響結(jié)構(gòu)的正常使用；隨耦合傷損尺寸的增加，軌道板和CA砂漿的垂向位移均顯著增大，底座板和橋梁的垂向位移呈微弱減小趨勢(shì)；寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損位于軌道板板邊對(duì)結(jié)構(gòu)受力和變形影響最大，耦合傷損位于板端次之，耦合傷損位于板角影響最小。

無砟軌道-簡支梁橋結(jié)構(gòu)；寬窄接縫；界面開裂；CA砂漿；脫空

CRTSⅡ型板式無砟軌道?簡支梁橋結(jié)構(gòu)是由鋼軌、扣件、軌道板、水泥瀝青砂漿調(diào)整層(CA砂漿)、底座板、兩布一膜滑動(dòng)層以及簡支梁橋疊合而成的豎向多層空間結(jié)構(gòu)[1?2]。在我國復(fù)雜多樣的氣候、地理環(huán)境中，受溫度荷載、列車高頻振動(dòng)、水侵害等作用，軌道板間的寬窄接縫易產(chǎn)生開裂等傷損，劣化軌道結(jié)構(gòu)的縱連體系，當(dāng)寬窄接縫病害嚴(yán)重時(shí)甚至可能引起CA砂漿層、底座板等部件的連帶破壞，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的承載能力、穩(wěn)定性以及耐久性造成一定的影響，嚴(yán)重時(shí)甚至危及行車安全[3]?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，寬窄接縫病害位置往往伴隨著軌道板與CA砂漿的層間界面損傷，如CA砂漿的離縫、脫空。寬窄接縫界面開裂后，雨水、有害離子等介質(zhì)通過裂縫進(jìn)入寬窄接縫混凝土界面，若排水不暢，雨水浸入并積聚在軌道板與CA砂漿層間，在列車重復(fù)軸載作用下，形成泵吸作用和動(dòng)水圧，高速流動(dòng)的自由水對(duì)CA砂漿表層不斷沖刷，層間細(xì)粒料和粗顆粒不斷被帶出，最終造成CA砂漿層端部脫空、掉塊等嚴(yán)重破壞。目前，國內(nèi)外研究多以單獨(dú)考慮寬窄接縫與軌道板之間界面開裂[4?6]或CA砂漿脫空[7?9]為研究對(duì)象，鮮有對(duì)二者耦合傷損影響的研究。本文利用有限元方法，對(duì)存在寬窄接縫界面開裂與CA砂漿脫空傷損的Ⅱ型板式無砟軌道?簡支梁橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，擬得到不同傷損型式及不同位置耦合傷損尺寸對(duì)軌道?梁橋結(jié)構(gòu)受力與變形的影響，從而為橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道的養(yǎng)護(hù)維修提供一定的理論依據(jù)。

1 計(jì)算模型及參數(shù)

1.1 計(jì)算模型及計(jì)算假定

將寬窄接縫與軌道板連接界面的傷損稱為層內(nèi)傷損，將CA砂漿與軌道板之間界面的傷損稱為層間傷損。Ⅱ型板式軌道為多層空間結(jié)構(gòu)，當(dāng)寬窄接縫出現(xiàn)病害后，層內(nèi)連接狀態(tài)和傳力模式均發(fā)生改變，影響了軌道結(jié)構(gòu)各部件之間的層間傳力，當(dāng)層間應(yīng)力大于層間強(qiáng)度時(shí)，層間即發(fā)生破壞，這是層內(nèi)傷損影響層間傷損的過程；在外荷載作用下，層間傷損逐漸演化擴(kuò)展為層間離縫甚至脫空，從而改變結(jié)構(gòu)部件間的傳力途徑，進(jìn)而影響軌道結(jié)構(gòu)層內(nèi)受力與變形，相應(yīng)的也會(huì)對(duì)層內(nèi)傷損的產(chǎn)生和發(fā)展造成一定的影響，這是層間傷損影響層內(nèi)傷損的過程。因此，層內(nèi)傷損與層間傷損是一個(gè)相互影響、相互耦合的過程。

基于彈性地基梁體理論[10]，利用ANSYS有限元軟件建立考慮寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損的CRTSⅡ型板式無砟軌道?簡支梁橋結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。模型從上到下分別為鋼軌、扣件、軌道板、CA砂漿層、底座板、兩布一膜和簡支梁橋。鋼軌簡化為彈性點(diǎn)支承梁，采用BEAM188單元模擬；扣件系統(tǒng)考慮其縱、橫、垂向剛度，采用COMBIN14單元模擬；軌道板、砂漿層、底座板和簡支梁橋按實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸，采用SOLID45實(shí)體單元模擬；“兩布一膜”滑動(dòng)層在垂向僅能傳遞壓力無法傳遞拉力，選取非線性彈簧單元COMBIN39模擬其垂向剛度，縱向阻力與橫向剛度采用COMBIN14單元模擬[11]；未考慮橋墩對(duì)無砟軌道?簡支梁橋結(jié)構(gòu)的影響。

圖1 板式無砟軌道-簡支梁橋結(jié)構(gòu)有限元模型

考慮到簡支梁橋的實(shí)際尺寸，也為了消除邊界條件對(duì)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的影響，模型長度取為5塊軌道板的長度，以中間軌道板為主要研究對(duì)象。簡支梁按照實(shí)際情況進(jìn)行約束；約束軌道板、CA砂漿以及底座板端部縱、橫向位移，而板邊為自由邊界；約束鋼軌兩端除豎向自由度以外的所有自由度。

由于在Ⅱ型板式無砟軌道中CA砂漿采用模筑法施工，軌道板與CA砂漿層的黏結(jié)性能良好，在外荷載作用下各結(jié)構(gòu)層協(xié)同變形，因此，CA砂漿與軌道板和底座板界面間采用黏結(jié)方法進(jìn)行連接。

1.2 計(jì)算參數(shù)

模型中鋼軌采用CHN60鋼軌，彈性模量為2.06×105MPa；扣件選用WJ?8型扣件，扣件縱向阻力取為15 kN/組，橫向剛度和縱向剛度分別為30 kN/mm和50 kN/mm，間距0.65 m；軌道板尺寸為6.45 m×2.55 m×0.2 m，C55混凝土彈性模量為3.6×104MPa，線膨脹系數(shù)1×10?5℃；CA砂漿層寬度與軌道板相同，厚度30 mm，彈性模量7 000 MPa；底座板寬度2.95 m，厚度0.2 m，C30混凝土彈性模量為3.2×104MPa，線膨脹系數(shù)1×10?5 ℃；簡支梁橋按實(shí)際尺寸建模，C50混凝土彈性模量為3.55×104MPa；兩布一膜滑動(dòng)層的縱向阻力與橫向剛度為3.360×106N/m，垂向剛度為1.375×1012N/m。

1.3 計(jì)算工況

外荷載作用下，寬窄接縫開裂位置處軌道板承受的應(yīng)力較大[6]，因此邊緣處的軌道板與CA砂漿層間黏結(jié)界面承受較大的溫度梯度荷載反復(fù)作用而首先遭到破壞，形成板下脫空。鑒于實(shí)際傷損情況[12]，將軌道板底的CA砂漿脫空歸納為圖2所示的3種典型脫空型式。假設(shè)脫空區(qū)域內(nèi)軌道板底部的CA砂漿沿厚度方向完全脫空，脫空沿軌道板縱向長度為(取為扣件間距0.65 m的倍數(shù))，沿軌道板橫向?qū)挾葹?取為軌道板板寬1/10，即0.255 m的倍數(shù))。由于在設(shè)計(jì)中檢算裂縫寬度時(shí)以0.2 mm為限值，因此本文研究中寬窄接縫與軌道板之間界面開裂寬度取0.2 mm，開裂深度取0.2 m(裂縫沿軌道板深度方向貫通)。利用生死單元技術(shù)模擬寬窄接縫界面開裂和CA砂漿脫空的傷損情況。

溫度梯度荷載使軌道板產(chǎn)生翹曲變形，是導(dǎo)致CA砂漿脫空的主要荷載形式，因此選取正溫度梯度45 ℃/m進(jìn)行計(jì)算，并考慮軌道板的板厚修正系數(shù)，取為1.05[10]，由此得到軌道板上下表面溫差為9.45 ℃，以軌道板板底為基準(zhǔn)(0 ℃)，并沿軌道板厚度方向線性逐層施加溫度梯度荷載，CA砂漿層及下層結(jié)構(gòu)不考慮溫度梯度荷載。

(a) 板角傷損；(b) 板端傷損；(c) 板邊傷損

研究不同傷損型式的影響時(shí)，選取寬窄接縫界面開裂或CA砂漿脫空單一傷損，以及寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損3種型式進(jìn)行分析，具體的計(jì)算工況為：1) 工況1，寬窄接縫界面開裂深度、寬度、長度分別為0.2 m，0.2 mm，0.51 m，CA砂漿未脫空；2) 工況2，CA砂漿板角脫空尺寸×為0.65 m×0.51 m，寬窄接縫界面未開裂；3) 工況3，寬窄接縫界面開裂且CA砂漿脫空，傷損尺寸與工況1和工況2相同。

研究寬窄接縫與CA砂漿不同位置耦合傷損尺寸的影響時(shí)，給定寬窄接縫界面開裂寬度為0.2 mm，深度為0.2 m不變，具體的計(jì)算工況為：

1) 考慮耦合傷損位于板角時(shí)，CA砂漿板角脫空區(qū)尺寸×分別為0.325 m×0.255 m，0.65 m×0.51 m，0.975 m×0.765 m，1.3 m×1.02 m，1.625 m×1.275 m，寬窄接縫界面開裂長度分別取為CA砂漿橫向脫空寬度。

2) 考慮耦合傷損位于板端時(shí)，假設(shè)板端橫向全部脫空，CA砂漿縱向脫空長度分別為0.325，0.65，0.975，1.3，1.625和1.95 m，寬窄接縫界面開裂長度取為CA砂漿橫向脫空寬度2.55 m不變。

3) 考慮耦合傷損位于板邊時(shí)，假設(shè)板邊縱向全部脫空，CA砂漿橫向脫空寬度分別為0.255，0.51，0.765，1.02和1.275 m，寬窄接縫界面開裂長度分別取為CA砂漿橫向脫空寬度。

2 軌道?橋梁結(jié)構(gòu)受力與變形性能分析

2.1 不同傷損型式影響分析

對(duì)比寬窄接縫與CA砂漿不同傷損型式對(duì)結(jié)構(gòu)受力與變形的影響情況。在正溫度梯度作用下，3種傷損工況下軌道?橋梁結(jié)構(gòu)各部件最大縱向拉應(yīng)力與最大垂向位移計(jì)算結(jié)果分別如表1所示，其中，最大垂向位移為板中上拱變形與板角下翹變形 之和。

從表1中可以看出，當(dāng)寬窄接縫與CA砂漿同時(shí)發(fā)生傷損后，結(jié)構(gòu)各部件的縱向拉應(yīng)力普遍較單一傷損型式有所增大。CA砂漿脫空后，脫空區(qū)域的軌道板失去了砂漿垂向的支承作用，從而造成軌道板垂向位移增大；CA砂漿脫空同時(shí)也減弱了砂漿層的傳力作用，從而造成CA砂漿、底座板和橋梁的垂向位移稍有減小。另一方面，工況3傷損型式下結(jié)構(gòu)各部件垂向位移均大于工況2傷損型式，這是因?yàn)閷捳涌p界面開裂減弱了板式軌道的縱向連續(xù)性，導(dǎo)致軌道板的翹曲變形增大，從而間接的影響結(jié)構(gòu)其余部件的垂向變形。在工況3傷損型式下，軌道板同時(shí)失去了寬窄接縫和CA砂漿的約束[13]，對(duì)結(jié)構(gòu)變形更為不利。

由上述分析可知，不同傷損型式對(duì)軌道結(jié)構(gòu)受力性能的影響程度不同，但通過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損后，結(jié)構(gòu)各部件受力變得更為復(fù)雜，因此，有必要研究二者的耦合作用對(duì)結(jié)構(gòu)受力與變形性能的影響。

表1 不同傷損型式下結(jié)構(gòu)應(yīng)力與位移計(jì)算結(jié)果

2.2 不同位置耦合傷損尺寸影響分析

分析在正溫度梯度作用下，寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損分別位于板角、板端和板邊位置時(shí)，不同傷損長度和寬度對(duì)結(jié)構(gòu)受力變形的影響。

2.2.1 板角耦合傷損尺寸的影響

給定寬窄接縫界面開裂深度為0.2 m，寬度為0.2 mm不變，開裂長度取為CA砂漿橫向脫空寬度，CA砂漿脫空尺寸×分別取0.325 m×0.255 m，0.65 m×0.51 m，0.975 m×0.765 m，1.3 m×1.02 m，1.625 m×1.275 m。耦合傷損面積對(duì)軌道-橋梁結(jié)構(gòu)各部件最大縱向拉應(yīng)力和最大垂向位移的影響分別如圖3~4所示。

由圖3可以看出，軌道板縱向拉應(yīng)力隨耦合傷損尺寸的增加明顯增大。當(dāng)耦合傷損尺寸達(dá)到0.975 m×0.765 m時(shí)，軌道板縱向拉應(yīng)力為3.275 MPa，超過了C55混凝土的抗拉強(qiáng)度2.74 MPa，導(dǎo)致軌道板混凝土局部被拉裂。當(dāng)耦合傷損面積達(dá)到1.625 m×1.275 m時(shí)軌道板的縱向拉應(yīng)力達(dá)到4.932 MPa，為0.325 m×0.255 m耦合傷損面積時(shí)的2.85倍。隨板角耦合傷損面積的增加，CA砂漿的縱向拉應(yīng)力呈波動(dòng)趨勢(shì)，底座板和橋梁的縱向拉應(yīng)力呈增大趨勢(shì)，但其變化量值均較小，均低于各自抗拉強(qiáng)度。

圖3 不同板角耦合傷損面積下結(jié)構(gòu)的最大縱向拉應(yīng)力

由圖4可以看出，寬窄接縫開裂與CA砂漿脫空病害使軌道板所受約束減小，正溫度梯度作用下，結(jié)構(gòu)翹曲變形增幅明顯，導(dǎo)致軌道板、CA砂漿的垂向位移隨板角耦合傷損面積的增加呈顯著的增大趨勢(shì)。當(dāng)傷損面積小于0.65 m×0.51 m時(shí)，結(jié)構(gòu)各部件垂向位移變化幅度較小，傷損面積大于0.65 m×0.51 m后，軌道板、CA砂漿的垂向位移的增大明顯。由于CA砂漿的脫空削弱了CA砂漿層的傳力作用，從而使底座板和橋梁的垂向位移隨板角耦合傷損面積的增加呈微弱的減小趨勢(shì)。

圖4 不同板角耦合傷損面積下結(jié)構(gòu)的最大垂向位移

2.2.2 板端耦合傷損尺寸的影響

由于各種不良因素的影響，CA砂漿可能會(huì)出現(xiàn)橫向全部脫空情況。給定寬窄接縫界面開裂深度為0.2 m，寬度為0.2 mm，長度為2.55 m不變，CA砂漿沿板端橫向全部脫空，沿縱向脫空長度分別取0.325，0.65，0.975，1.3，1.625和1.95 m。耦合傷損長度(即板端脫空長度)對(duì)軌道?橋梁結(jié)構(gòu)各部件最大縱向拉應(yīng)力和最大垂向位移的影響分別如圖5~6所示。

由圖5可以看出，在溫度梯度和寬窄接縫開裂的情況下，隨脫空長度的增加板端CA砂漿支承能力減弱，導(dǎo)致軌道板縱向拉應(yīng)力不斷增大。當(dāng)耦合傷損長度達(dá)0.975 m時(shí)，軌道板縱向拉應(yīng)力增至3.625 MPa，超過了容許限值，致使傷損范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)傷損長度為1.95 m時(shí)，軌道板的縱向拉應(yīng)力達(dá)5.799 MPa，為傷損長度為0.325 m情況下的2.97倍。CA砂漿縱向拉應(yīng)力隨板端耦合傷損長度的增加呈波動(dòng)并增大的變化趨勢(shì)。由于CA砂漿脫空削弱了其本身的傳力作用，最終導(dǎo)致隨耦合傷損長度的增加，底座板和橋梁結(jié)構(gòu)的縱向拉應(yīng)力整體上呈減小的變化趨勢(shì)。但總的來說，CA砂漿、底座板和橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力值均較小，寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損不會(huì)影響其正常工作性能。

圖5 不同板端耦合傷損長度下結(jié)構(gòu)的最大縱向拉應(yīng)力

圖6 不同板端耦合傷損長度下結(jié)構(gòu)的最大垂向位移

由圖6可以看出，CA砂漿沿軌道板板端橫向全部脫空后，軌道板端部的支承和限位能力被嚴(yán)重削弱，從而導(dǎo)致軌道板、CA砂漿的垂向位移隨板端耦合傷損長度的增加而增大，且增長速率逐漸減小，當(dāng)耦合傷損長度超過0.975 m后增長較為緩慢。同時(shí)，由于CA砂漿的傳力作用減弱，底座板和橋梁的垂向位移隨板端耦合傷損長度的增加逐漸減小，但變化幅度較小。

2.2.3 板邊耦合傷損尺寸的影響

給定寬窄接縫界面開裂深度為0.2 m，寬度為0.2 mm，開裂長度取為CA砂漿橫向脫空寬度，CA砂漿沿板邊縱向全部脫空，沿橫向脫空寬度分別取0.255，0.51，0.765，1.02和1.275 m。耦合傷損寬度對(duì)軌道-橋梁結(jié)構(gòu)各部件最大縱向拉應(yīng)力和最大垂向位移的影響分別如圖7~8所示。

圖7 不同板邊耦合傷損寬度下結(jié)構(gòu)的最大縱向拉應(yīng)力

由圖7可以看出，板邊位置寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損寬度的增加，一方面弱化了軌道板的縱向連接，另一方面減小了軌道板板底的有效支承寬度。在正溫度梯度作用下，軌道板縱向拉應(yīng)力隨耦合傷損寬度的增加不斷增大。當(dāng)耦合傷損寬度達(dá)0.51 m時(shí)，軌道板縱向拉應(yīng)力增至4.424 MPa，超過了軌道板混凝土的抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致未傷損區(qū)域的軌道板出現(xiàn)拉裂破壞，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。當(dāng)耦合傷損寬度繼續(xù)擴(kuò)寬至1.275 m時(shí)軌道板的縱向拉應(yīng)力達(dá)到7.985 MPa，為耦合傷損寬度為0.255 m情況下的3.41倍。隨著板邊耦合傷損長度的增加，CA砂漿、底座板和橋梁結(jié)構(gòu)的縱向拉應(yīng)力變化均不大，且均低于各自的抗拉強(qiáng)度。

由圖8可以看出，隨著寬窄接縫開裂長度與CA砂漿脫空寬度的增大，CA砂漿層對(duì)軌道板的約束作用逐漸降低，軌道板的支撐面積明顯減少，同時(shí)，也會(huì)劣化傷損臨近區(qū)域砂漿層的受力與變形。隨著板邊耦合傷損寬度的增加，軌道板和CA砂漿的翹曲變形增幅明顯，從而導(dǎo)致垂向位移呈逐漸增大的變化趨勢(shì)，當(dāng)傷損寬度大于0.51 m后，軌道板和CA砂漿垂向位移近乎呈線性增長。底座板和橋梁的垂向位移隨耦合傷損寬度的增加呈逐漸減小的變化趨勢(shì)，但變化幅度較小。

圖8 不同板邊耦合傷損寬度下結(jié)構(gòu)的最大垂向位移

通過以上分析可以看出，寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損位于結(jié)構(gòu)的不同位置，會(huì)不同程度地影響結(jié)構(gòu)的受力和變形性能，對(duì)比板角、板端和板邊3種典型位置的耦合傷損對(duì)結(jié)構(gòu)的影響情況，可以發(fā)現(xiàn)，寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損位于軌道板板邊對(duì)結(jié)構(gòu)受力和變形影響最大，耦合傷損位于板端次之，耦合傷損位于板角對(duì)結(jié)構(gòu)受力和變形性能影響最小。

寬窄接縫界面開裂后，CA砂漿脫空劣化對(duì)軌道板乃至整個(gè)軌道結(jié)構(gòu)的危害不小。因此，當(dāng)寬窄接縫與軌道板之間界面出現(xiàn)開裂病害時(shí)應(yīng)及時(shí)修復(fù)，避免軌道板與CA砂漿層間傷損的產(chǎn)生。除此之外，應(yīng)嚴(yán)格控制CA砂漿層的施工質(zhì)量，加強(qiáng)運(yùn)營過程中對(duì)CA砂漿層傷損狀態(tài)的監(jiān)視。

3 結(jié)論

1) 對(duì)比不同傷損型式對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，可以發(fā)現(xiàn)，寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損較寬窄接縫界面開裂或CA砂漿脫空單一傷損型式對(duì)結(jié)構(gòu)受力與變形更為不利，層內(nèi)傷損與層間傷損之間相互影響、相互耦合，二者的耦合作用決定著結(jié)構(gòu)的綜合 性能。

2) 在正溫度梯度作用下，軌道板拉應(yīng)力隨寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損尺寸變化顯著，整體上呈增大的變化趨勢(shì)。當(dāng)耦合傷損面積超過0.975 m×0.765 m，長度超過0.975 m或?qū)挾瘸^0.51 m，軌道板拉應(yīng)力超過了其抗拉強(qiáng)度，致使傷損范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。無論寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損位于板角、板端還是板邊位置，CA砂漿、底座板和橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化量值均較小，寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損不會(huì)影響其正常工作性能。

3) 無論寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損位于板角、板端還是板邊位置，隨耦合傷損尺寸的增加，軌道板和CA砂漿的垂向位移均顯著增大，底座板和橋梁的垂向位移呈微弱的減小趨勢(shì)。

4) 寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損位于結(jié)構(gòu)的不同位置，會(huì)不同程度的影響結(jié)構(gòu)的受力和變形性能，對(duì)比板角、板端和板邊3種典型位置的耦合傷損對(duì)結(jié)構(gòu)的影響情況，可以發(fā)現(xiàn)，寬窄接縫與CA砂漿耦合傷損位于軌道板板邊對(duì)結(jié)構(gòu)受力和變形影響最大，耦合傷損位于板端次之，耦合傷損位于板角影響最小。

5) 當(dāng)寬窄接縫與軌道板之間界面出現(xiàn)開裂病害時(shí)應(yīng)及時(shí)修復(fù)，避免軌道板與CA砂漿層間傷損的產(chǎn)生。除此之外，應(yīng)嚴(yán)格控制CA砂漿層的施工質(zhì)量，加強(qiáng)運(yùn)營過程中對(duì)CA砂漿層傷損狀態(tài)的 監(jiān)視。

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Influence of coupled damage of wide-narrow juncture and CA mortar on mechanical performance of ballastless track-simply supported bridge structure

ZHOU Lingyu1, QIN Xi1, 2, LI Yan3

(1. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China; 2. Guangxi Transportation Research & Consulting Co., Ltd, Nanning 530007, China; 3. Country Garden Holdings Company Limited, Shunde 528311, China)

Based on elastic foundation beam theory, considering the cracking of the interface between wide-narrow juncture and track slab coupled with CA mortar void, finite element model of CRTS II ballastless track-simple supported bridge structure under damage condition was established. Through this model, the influence of different coupled damage types and different coupled damage size at different positions on the stress and deformation of the structure under positive temperature gradient load were studied. The results show that coupled damage is more unfavorable than wide-narrow juncture crack or CA mortar void single damage type of the structural; when the coupled damage area exceed 0.975 m×0.765 m, the length exceeded 0.975 m, or the width exceeded 0.51 m, the tensile stress of the track slab exceed its tensile strength, affecting the normal use of the structure; with the increase of the coupled damage size, vertical displacements of the track slab and the CA mortar increase significantly, and vertical displacements of the base slab and the bridge decrease slightly; coupled damage which at the edge of the slab had great influence, which at the ends of the slab played the second role, and which at the corner of the slab had the least impact.

ballastless track-simply supported bridge structure; wide-narrow juncture; interface cracking; CA mortar; void

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2019.04.002

U213.2

A

1672 ? 7029(2019)04 ? 0843 ? 07

2018?05?28

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51578546)；國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金資助項(xiàng)目(U1434204)

周凌宇(1973?)，男，湖南長沙人，教授，博士，從事高速鐵路無砟軌道?橋梁結(jié)構(gòu)體系經(jīng)時(shí)行為研究；E?mial：zhoulingyu@csu.edu.cn

(編輯 陽麗霞)