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高铁大跨度桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道橡胶隔离层力学特性及计算方法研究

批准号:
52078488
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
盛兴旺
依托单位:
学科分类:
结构工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
盛兴旺

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
将标准梁上CRTSⅢ型板式无砟轨道的土工布隔离层改为橡胶隔离层,应用在跨度300m以上的高速铁路桥上是一种新的尝试,并取得了成功应用。但无砟轨道橡胶隔离层结构选型及设计参数的确定仍套用传统的方法,有待深化研究。本项目旨在基于温频等效原理、WLF方程及考虑应变率效应的Ogden本构模型,结合理论分析和试验研究,提出考虑橡胶黏弹性和率相关特性的本构关系,基于叠合板、接触力学等理论和数值分析方法,构建橡胶隔离层有限单元,实现高速铁路大跨度桥梁-无砟轨道体系的精细化有限元模拟及计算,深化研究橡胶隔离层的缓冲效应及层间作用、无砟轨道对大跨度桥复杂变形的适应性及温度环境因素对大跨度桥梁-无砟轨道体系服役性能的影响等,揭示大跨度桥梁-橡胶隔离层-无砟轨道的协同工作机理。本项目成果可为高速铁路大跨度桥上铺设无砟轨道提供理论依据,填补相关领域的研究空白,有重要的学术意义和工程实际价值,社会经济效益显著。
英文摘要
It is a new attempt to use rubber isolation layer instead of geotextile rubber isolation layer in CRTS III ballastless track in high-speed railway standard-girder and apply it to the long-span bridge over 300m, which has been successfully applied. However, the structure selection and design parameters of the rubber isolation layer mainly depend on the traditional method, which needs to be further studied. .This project aims to propose a constitutive relationship considering rubber viscoelasticity and strain rate-dependent characteristic based on the Time-Temperature Superposition, the WLF equation and the improved Ogden constitutive model. By combining composite-slab theory, contact mechanics theory and numerical analysis method, and the new constructed finite element of rubber isolation layer, this project can figure out the refined finite element simulation and calculation method in ballastless track laid on high-speed railway long-span bridge. In order to reveal the cooperative working mechanism of long-span bridge, rubber isolation layer and ballastless track, this work studies the buffer effect and interlayer effect of rubber isolation layer, the adaptability of ballastless track to the complex deformation of long-span bridges, and the influence of temperature and environmental factors, etc. to their serviceability. .The achievements of the project can provide a strong theoretical basis for laying ballastless tracks on high-speed railway long-span bridges. Besides, the achievements will fill the research gaps in related fields. Therefore, this research has significant academic contributions, practical engineering value, and outstanding social and economic benefits.
本项目围绕大跨度桥梁上CRTS Ⅲ型板式无砟轨道橡胶隔离层的设计与应用,开展了一系列试验与理论研究,探明了大跨度桥上无砟轨道橡胶隔离的服役状态,提出了大跨度桥梁上CRTS Ⅲ型板式无砟轨道分析方法及计算框架。首先,通过试验研究橡胶隔离层的黏弹性动力特征,建立了其黏弹性本构关系,开展了橡胶隔离层力学性能时温等效分析,并揭示了对CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构性能的影响机制;针对无砟轨道层间的高速列车瞬时冲击效应,开展了霍普金森压杆的冲击率相关试验,研究了橡胶隔离层率相关动态响应特性,并建立了考虑率相关效应的材料本构模型;进一步,设计开展了大跨度桥梁无砟轨道节段模型试验,开展了多工况加载试验与力学模型分析,研究了桥梁复杂变形条件对桥上无砟轨道服役性能的影响,并基于无砟轨道足尺模型设计不同加载工况模拟列车荷载和大跨度桥梁的温度效应,研究了橡胶隔离层对大跨度桥梁轨道层间作用特性的影响;在此基础上,构建了考虑橡胶隔离层特性的大跨度桥上无砟轨道精细化计算方法,提出了大跨度桥上无砟轨道橡胶隔离层“隔而不离”的设计目标,论证了复杂服役条件下大跨度斜拉桥无砟轨道体系的适用性。本项目可为大跨度桥梁上无砟轨道技术的应用推广与高品质服役提供理论与技术支持。
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