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西北地区高速铁路整体道床开裂及裂缝部位碳化规律研究

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 国内外无砟轨道发展现状

1.3 混凝土结构开裂及碳化研究现状

1.3.1 混凝土开裂的相关研究

1.3.2 整体道床开裂的相关研究

1.3.3 混凝土碳化的相关研究

1.4 本文研究内容与技术路线

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 研究技术路线

第二章 整体道床开裂现状及裂缝开展机理分析

2.1 西北地区整体道床开裂现状调研

2.1.1 主要裂缝形式及其分布情况调研

2.1.2 主要裂缝开裂宽度调研

2.2 整体道床开裂机理分析

2.2.1 混凝土凝结硬化收缩引起的裂缝

2.2.2 混凝土干燥收缩引起的裂缝

2.2.3 基础沉降引起的裂缝

2.2.4 温度荷载引起的裂缝

2.3 环境条件对整体道床开裂的影响

2.4 轨道结构构造对整体道床开裂的影响

2.5 本章小结

第三章 试验方案设计

3.1 碳化试验设计

3.1.1 试验目的

3.1.2 试验流程

3.2 开裂试件制备设计

3.2.1 试件制备方案选取

3.2.2 试件制备方案设计

3.3 本章小结

第四章 开裂部位碳化规律试验研究

4.1 开裂试件制备

4.1.1 铜片固定预埋

4.1.2 铜片最佳拔出时间研究

4.1.3 成型试件裂缝宽度测试

4.1.4 开裂试件制备流程

4.2 开裂试件碳化试验

4.2.1 碳化试验主要仪器及相关规定

4.2.2 试件密封

4.2.2 碳化参数设置

4.3 试验结果处理分析

4.3.1 表面碳化结果分析

4.3.2 裂缝深度方向碳化结果分析

4.3.3 裂缝底部碳化结果分析

4.3.4 数据对比分析

4.4 本章小结

第五章 裂缝部位碳化规律的数值模拟

5.1 碳化控制方程推导

5.2 碳化与热传导方程的相似性分析

5.3 参数选取及建模

5.3.1 参数选取

5.3.2 模型建立

5.3.3 数据提取

5.4 模拟结果处理分析

5.5 本章小结

第六章 整体道床开裂防治措施的研究

6.1 轨枕端部应力集中开裂控制研究

6.1.1 改进措施

6.1.2 改进效果

6.2 新旧混凝土粘结开裂控制研究

6.3 养护不合理开裂控制研究

6.3.1 现养护阶段存在的问题

6.3.2 养护控制措施

6.4 整体道床裂缝判定标准的完善

6.4.1 裂缝加权总宽度理论

6.4.2 考虑裂缝加权总宽度后的整体道床板损伤等级评定

6.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士期间发表论文情况

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摘要

随着中国高速铁路的迅速发展,铁路基建工程在各地方都持续进行中。中国的高速铁路大多采用无砟轨道的结构形式,用整体道床替代传统的有砟轨道。而在中国西北地区,由于其恶劣气候环境的影响,部分路段的整体道床出现开裂的现象。整体道床裂缝的存在不但会破坏其结构的完整性,而且会使空气中的CO2气体进入其内部进而导致混凝土发生碳化反应而中性化,从而加速混凝土中钢筋的锈蚀。这将影响到整体结构的承载能力和耐久性能,从而对无砟轨道结构在运营过程中埋下安全隐患。因此,本文结合中国西北地区整体道床开裂的具体情况,主要做了以下几方面的研究: (1)对西北地区整体道床开裂情况进行长期的观察、调研及量测工作,对道床板表面主要裂缝的分布情况、开裂位置作了介绍,并对八字形裂缝的表面开裂宽度做了详细统计,同时对导致整体道床裂缝开展的原因及机理进行了研究分析。 (2)为研究宽度对裂缝部位碳化的影响,进行了不同宽度裂缝部位碳化规律试验研究。为保证试验时裂缝宽度的精确控制,试验时的开裂试件制备选取预埋铜片的方式。在裂缝预制过程中,通过反复试验验证,确定了裂缝预制时不同厚度的铜片预埋方式及拔出的最佳时间。最后结合研究目的和试验时裂缝预制的情况,选取裂缝宽度为0.06mm、0.08mm、0.10mm、0.20mm及0.30mm的试件进行碳化试验。 (3)通过对碳化后的裂缝部位的碳化状况进行研究,量取了距试件表面不同深度处的裂缝部位垂直开裂面方向的碳化深度,总结了碳化区域的分布规律,同时还研究了不同裂缝宽度对开裂部位碳化规律的影响。 (4)为研究不同碳化时间对裂缝部位碳化规律及碳化深度的影响,分别将试件在碳化7天、14天、21天及28天时后,对裂缝部位碳化状况进行研究分析。对试件表面非裂缝部位的碳化深度、相同宽度但不同裂缝深度部位的碳化深度、裂缝底部的碳化深度进行了对比分析,总结了不同碳化时间对裂缝部位的碳化影响规律。 (5)基于质量守恒定律推导得出混凝土碳化的控制方程,并利用其与热传导方程在形式上的相似性,通过分析对应参数的意义,选取合理的参数值,借助通用有限元软件ANSYS中的热分析模块,对开裂试件的碳化进行建模分析。 (6)针对轨枕端部整体道床八字形裂缝的开展状况,通过相应的理论分析与试验研究,提出了三种进行裂缝预防与控制的措施,并将部分措施在实际工程中进行了应用与验证。通过对该措施在工程应用中的效果进行调研与分析,对该措施的裂缝预防与控制效果进行了肯定。 (7)结合现阶段整体道床日常维护过程中,关于裂缝宽度与裂缝修补措施的对应关系的相关规定,提出了裂缝加权总宽度的概念,并进行了相关的研究,为整体道床裂缝开展评定标准的进一步完善提供了理论依据。

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