高速铁路CRTS II型板式无砟轨道结构随机疲劳损伤行为研究

批准号:
51808558
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
单智
依托单位:
学科分类:
E0804.结构工程
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
余玉洁、毛建锋、周满、李潇、田秀全、贺鹏飞、冯志远、李永铃
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中文摘要
作为我国高速铁路主要轨道结构形式之一,中国铁路轨道系统(CRTS) II型板式无砟轨道结构已在京沪、石武、沪昆高铁上得到广泛使用。由于列车、温度荷载等的长期作用,其性能具有时变性和随机性;水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)位于该多层空间轨道结构的中间,且部分出现病害,故亟需开展II型板式无砟轨道结构力学性能随机性与时变性研究,即主要揭示其随机疲劳损伤机理与性能随机演化规律。本项目基于多尺度统计力学,拟开展CRTS II型板式无砟轨道结构随机疲劳损伤行为研究,通过统计力学方法,提出考虑尺寸效应的II型CA砂浆随机疲劳损伤本构模型,并通过概率密度演化方法,建立高速铁路桥上II型板式无砟轨道结构随机疲劳损伤行为多尺度理论分析模型,研究该结构疲劳失效模式,揭示其随机疲劳损伤机理,进而揭示其随机疲劳损伤演化规律。研究成果将为II型板式无砟轨道结构疲劳损伤分析、安全运营与养护维修,提供理论依据与技术指导。
英文摘要
As a main track of the high-speed railway tracks in China, the China railway track system (CRTS) II ballastless slab track has been vastly applied in the Beijing-Shanghai, Shijiazhuang-Wuhan and Shanghai-Kunming high-speed railway. Due to the long-term effects of trains and temperature loads, etc., its performance is time-varying and random. The cement emulsified asphalt mortar (CA mortar) layer is located in the middle of this spacial multi-layer track structure, and some CA mortar layer surfers the varied diseases. Hence, it is urgent to study on the randomness and time-variability of mechanical properties of CRTS II ballastless slab track structure, i.e. mainly to reveal the random fatigue damage mechanism and the stochastic evolution of its performance. Based on the theory of multi-scale statistical mechanics, this project is proposed to study on the random fatigue damage behavior of CRTS II ballastless slab track structure under fatigue load. Initially, based on a statistical mechanics method, a stochastic fatigue damage constitutive model of CRTS II CA mortar considering size effect is proposed. Additionally, using a probability density evolution method, a multi-scale theoretical analysis model for the random fatigue damage behavior of CRTS II ballastless slab track structure on the high-speed railway bridge under fatigue load is developed. Furthermore, the fatigue failure mode, the random fatigue damage mechanism and the stochastic fatigue damage evolution law of the track structure are revealed by applying the analysis model. Therefore, the research results can be applied to provide theoretical basis and technical guidance for the fatigue damage analysis, safe operation and maintenance of CRTS II ballastless slab track structures.
作为我国高速铁路主要轨道结构形式之一,中国铁路轨道系统(CRTS) II型板式无砟轨道结构已在京沪、石武、沪昆高铁上得到广泛使用。由于列车、温度荷载等的长期作用,其性能具有时变性和随机性;水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)位于该多层空间轨道结构的中间,且部分出现病害,故亟需开展II型板式无砟轨道结构力学性能随机性与时变性研究,即主要揭示其随机疲劳损伤机理与性能随机演化规律。.本研究基于多尺度统计力学,开展了CRTS II型板式无砟轨道结构随机疲劳损伤行为研究。利用微观力学方法进行了荷载作用下CA砂浆微观损伤机理分析,开展了CA砂浆随机循环荷载试验研究、尺寸效应试验研究和随机疲劳试验研究等,采用统计力学方法,提出并验证了CA砂浆随机疲劳粘弹性-损伤本构模型:CA砂浆束-链模型。基于概率密度演化理论和所提出的CA砂浆随机粘弹性-损伤本构模型,建立并验证了高速铁路桥上CRTS II型板式无砟轨道结构体系随机疲劳损伤行为多尺度理论分析模型。并且,利用所建立的多尺度有限元模型,开展了各层结构疲劳损伤演化对轨道结构体系疲劳性能影响的数值分析,研究了该结构体系疲劳失效模式,揭示了其随机疲劳损伤机理,进而揭示了其随机疲劳损伤演化规律。.研究结果表明,CA砂浆材料具有较强的随机性和尺寸效应,其随机性会导致CRTS II型板式无砟轨道结构体系具有随机的疲劳寿命和随机的力学性能演化规律;列车荷载长期作用下,CA砂浆层是该结构体系的最薄弱部位,尽管CA砂浆层随机疲劳损伤演化对梁体力学性能影响较小,但是会导致轨道结构体系应力重分布;在考虑结构层不同部位的力学性能随机性的情况下,CA砂浆层可能会在设计使用寿命期内疲劳破坏,进而导致其他轨道结构层出现应力集中、开裂破坏等,从而影响高速列车行车安全。.本研究成果可为CRTS II型板式无砟轨道结构疲劳损伤分析、安全运营与养护维修,提供理论依据与技术指导。
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Bond stress-slip model for rebar-concrete interface under monotonic and cyclic loading
单调循环荷载下钢筋-混凝土界面粘结应力滑移模型
DOI:10.1016/j.istruc.2021.07.093
发表时间:2021-12
期刊:Structures
影响因子:4.1
作者:Lv Xiaoyong;Yu Zhiwu;Shan Zhi
通讯作者:Shan Zhi
A Stochastic Damage Model for Bond Stress-Slip Relationship of Rebar-Concrete Interface under Monotonic Loading
单调荷载下钢筋-混凝土界面粘结应力-滑移关系的随机损伤模型
DOI:10.3390/ma12193151
发表时间:2019-10-01
期刊:MATERIALS
影响因子:3.4
作者:Lv, Xiaoyong;Yu, Zhiwu;Yuan, Ju
通讯作者:Yuan, Ju
Influences of train speed and concrete Young's modulus on random responses of a 3D train-track-girder-pier coupled system investigated by using PEM
利用 PEM 研究列车速度和混凝土杨氏模量对 3D 列车-轨道-梁-墩耦合系统随机响应的影响
DOI:10.1016/j.euromechsol.2018.11.017
发表时间:2019-03
期刊:Engineering Structures
影响因子:5.5
作者:Tan Sui;Yu Zhiwu;Shan Zhi;Mao Jianfeng
通讯作者:Mao Jianfeng
Investigation of the Fatigue Behaviour of a Ballastless Slab Track-Bridge Structural System under Train Load
列车荷载下无砟板轨道桥结构系统的疲劳行为研究
DOI:10.3390/app9173625
发表时间:2019
期刊:Applied Sciences-Basel
影响因子:2.7
作者:Zhou Lingyu;Yang Linqi;Shan Zhi;Peng Xiusheng;Mahunon Akim D
通讯作者:Mahunon Akim D
DOI:10.1016/j.jobe.2021.102765
发表时间:2021-05
期刊:Journal of Building Engineering
影响因子:6.4
作者:Lv Xiaoyong;Yu Zhiwu;Shan Zhi
通讯作者:Shan Zhi
高速铁路CRTS II 型板式无砟轨道结构随机疲劳损伤机理与规律研究
- 批准号:2019JJ50800
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:单智
- 依托单位:
国内基金
海外基金
