[发明专利]一种基于混凝土收缩徐变模型的无砟轨道受力分析方法

说明书

一种基于混凝土收缩徐变模型的无砟轨道受力分析方法，在考虑温度时变效应和湿度时变效应对混凝土收缩徐变的影响下，本发明提供的基于混凝土收缩徐变模型的无砟轨道受力分析方法是依据无砟轨道结构在路基上实际的施工工艺，将轨道施工阶段的步骤进行量化后，在Midas Civil中建立完整的施工流程来仿真计算轨道结构在组合载荷作用和收缩徐变效应下的受力情况。本发明提供的基于混凝土收缩徐变模型的无砟轨道受力分析方法具有良好的适用性，能更精确地反映轨道在服役期间的真实应力水平，为轨道结构的养护维修提供指导意义，提高轨道结构的使用寿命；同时能够为设计人员对优化轨道结构设计提供指导。

技术领域

本发明涉及铁道工程应用计算与设计技术领域，尤其涉及一种基于混凝土收缩徐变模型的无砟轨道受力分析方法。

背景技术

混凝土的收缩徐变是其固有的特性，影响混凝土收缩徐变的因素有很多；内部因素有构件尺寸、水泥种类，外加剂如粉煤灰等；外部因素有环境的温度、湿度、加载的龄期以及养护方式等。在现有的状况下，研究者想要完全理解徐变和收缩现象仍然存在相当大的难度，因此很难合理预测混凝土收缩徐变。

JTG 3362—2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中的收缩应变和徐变系数计算公式是参照CEB-FIP模型编写，其最大创新之处在于该规范基于试验情况对粉煤灰因素进行了徐变系数的修正，但并未考虑温度时变效应和湿度时变效应；具体的，上述规范中的收缩应变和徐变系数计算公式的适用范围是混凝土构件暴露在平均温度5℃～30℃和平均相对湿度为40％～50％的环境中。虽然对环境温度进行了改进，但环境温度与相对湿度仍是固定值，在环境湿度、温度变化较大的地区不能很好地反应混凝土收缩徐变的实际情况。

随着我国高速铁路的飞速发展，无砟轨道应用越来越广泛。基于无砟轨道具有平稳性好，舒适度高等优点，在国内已成为首选。收缩徐变效应在板式无砟轨道施工中是不可避免的，尤其对于现浇自密实混凝土结构，与已经水化完成的轨道板和底座板之间存在不均匀的收缩和徐变内力；且下部基础对轨道结构及其各部件之间的约束作用，会使得收缩和徐变变形不能自由的发生，整个轨道结构的表面或内部会产生不均匀的应力，当应力值大于混凝土的抗拉极限强度时，轨道结构就会出现损伤和裂纹。以上不良影响会严重影响轨道结构的正常使用功能，缩短轨道结构的使用寿命。而多数学者在对板式无砟轨道收缩徐变效应进行研究时，仅以降温形式来考虑混凝土的收缩荷载，运用当量温差法做等效处理；同时现有研究成果中也未涉及到温度时变效应和湿度时变效应对混凝土收缩徐变的影响。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的不足，首次提出了一种基于混凝土收缩徐变模型的无砟轨道受力分析方法，所述方法考虑了温度时变效应和湿度时变效应对混凝土收缩徐变带来的影响，并按照实际施工步骤进行有限元仿真来计算轨道结构的受力状态，从而能更精确地预测无砟轨道结构的损伤和裂缝起裂点的位置，便于及时采用高效的手段预防裂缝的产生，同时能够为设计人员对优化轨道结构设计提供指导。

本发明公开了一种基于混凝土收缩徐变模型的无砟轨道受力分析方法，包括如下步骤：

步骤1：收集无砟轨道施工所在地的温度和湿度随时间变化的数据；根据无砟轨道的设计参数获得无砟轨道各部件的尺寸数据和材料数据；所述部件包括钢轨、扣件、轨道板、自密实混凝土板和底座板；钢轨优选为CHN60轨，扣件优选为WJ-8型扣件；

步骤2：建立混凝土收缩徐变模型；所述混凝土收缩徐变模型由耦合收缩模型和耦合徐变模型组成；所述耦合收缩模型是指考虑温度时变函数T(t')、湿度时变函数H(t')的JTG 3362—2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中的收缩应变计算公式；所述耦合徐变模型是指考虑温度时变函数T(t')、湿度时变函数H(t')和粉煤灰系数的JTG3362—2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中的徐变系数计算公式；将步骤1中的相关参数，代入所述混凝土收缩徐变模型，分别计算得到无砟轨道中轨道板、自密实混凝土板和底座板的收缩应变值和徐变系数值，具体操作为：