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摘 要

国外对于在轨道结构加入沥青混凝土层进行了一系列的研究，结果表明，在轨道结构中铺设沥青层能够在防水、应力分散等方面取得较好的作用效果。我国自主研发的CRST系列无砟轨道与国外很多轨道结构差别较大，需要更多、更深入的针对性分析。

本文的研究主要包括沥青混凝土层在温度作用下所产生的温度应力，以及温度和厚度对层间应力的影响，并从温度应力角度对全断面沥青混凝土防护层以及层间粘结提出设计建议。本文利用ABAQUS有限元软件，建立轨道结构的三维立体模型，通过查阅文献资料确定无砟轨道的温度分布特点，确定材料的热学参数，模拟无砟轨道的温度场。将模拟的温度场叠加到无砟轨道上，进行沥青混凝土层的温度应力分析和层间粘结分析。

分析表明，在整体降温幅度作用下，温度应力随厚度的增加而降低，在8-16cm之间，降低幅度较大，超过16cm，应力降低的幅度明显减小，综合推荐沥青混凝土层厚取值为14-16cm；在实际温度场作用下，沥青混凝土层的应力状态较为复杂，且由于沥青混凝土暴露在太阳辐射下的表面与覆盖在0.49cm厚的水泥混凝土下的表面温差较大，此结构层承受着反复的拉压作用，推荐提高其沥青混凝土材料的抗疲劳性能；沥青混凝土层与其上下层之间的层间横向切应力随着厚度的增加而增加，且应力值较小，一般在小于0.1MPa的范围内。

关键词：无砟轨道 沥青混凝土防护层 温度应力 层间粘结

STUDY ON TEMPERAUTRE STRESS AND INTERLAYER BONDING OF THE ASHPALT LAYER IN THE BALLASTLESS TRACK ABOVE SUBGRADE

Abstract

An examination of the available technical literature in the field of asphalt layer used in the railway track shows the application achieved great effects from the aspects of waterproof and stress dispersion. The self-developed series of CRST are different from other foreign ballastless track, which means the urgency of more and further analysis.

This study was primarily focused on evaluating the effect of temperature and thickness on the stress of asphalt layer using the results from the finite element analysis software ABAQUS and finally the design proposals about the asphalt and the interlayer bonding are proposed. With the overview of corresponding document, the characteristics of temperature field and thermal parameters are assured to simulate the distribution of the ballastless track. Subsequently, we can get the analytic results of temperature stress and interlayer stress under the temperature field. Based on the comparative analysis, it was confirmed that under the effect of overall decreasing of temperature, the stress reduced apparently with the increase of thickness, which reduced relatively slowly when the thickness exceeded 16cm. The recommendation of the asphalt layer is 14-16cm. When adding the actual temperature field simulating real environments, the temperature stress tends to be more complicated. As the temperature of the asphalt that exposed under the solar radiation and that covered by cement concrete layer differs greatly, the whole asphalt layer undergoes periodic tension and compression. So it is essential to improve the fatigue resistance properties. The shear stress between the asphalt layer and the cement concrete layer increases with the augment of the thickness and the value of it is less than 0.1MPa.

KEY WORDS：Ballastless track, asphalt layer, temperature stress, interlayer bonding

目录

摘要 i

Abstract ii

目录 iii

第一章 绪论 1

1.1 沥青混凝土层的研究现状和发展趋势 1

1.1.1 国外研究现状 1

1.1.2 国内研究 1

1.1.3 发展趋势 2

1.2 本文研究的意义和研究思路 2

1.2.1 研究意义 2

1.2.2 研究思路 3

第二章 无砟轨道结构特点及层间粘结处理 4

2.1 CRST III型无碴轨道结构 4

2.1.1 路基段无碴轨道特点 4

2.1.2 模型结构确定 4

2.2 层间界面特点与界面模型 5

2.2.1 粘结强度影响因素 5

2.2.2 层间连接方式 5

2.2.3 层间界面模型 5

2.3 本章小结 6

第三章 温度场与温度应力计算模型 7

3.1 温度场计算模型 7

3.1.1 基本原理 7

3.1.2 参数取值 8

3.1.3 模型建立 9

3.1.4 温度场分析 11

3.2 温度应力计算模型 13

3.2.1 基本原理 13

3.2.2 材料参数 13

3.2.3 模型建立 14

3.3 本章小结 15

第四章 模型计算结果分析 16

4.1 厚度对温度应力的影响 16

4.1.1 整体变温情况下厚度对温度应力的影响 16

4.1.2 实际气候条件下厚度对温度应力的影响 18

4.2 温度变化对温度应力的影响 21

4.2.1 日温度变化下的最大温度应力 21

4.2.2 日温度变化下的横向应力分布 22

4.2.3 季节温度变化下的温度应力 27

4.3 荷载应力与温度应力综合分析分析 30

4.3.1 标准轴载作用下的荷载应力 30

4.3.2 荷载应力与温度应力对比分析 33

4.4 本章小结 33

第五章 论文结论与设计控制建议 35

5.1 论文分析总结 35

5.2 论文创新点 35

5.3 存在问题与展望 36

参考文献 37

致谢 39

第一章 绪论

1.1 沥青混凝土层的研究现状和发展趋势

1.1.1 国外研究现状

国外在铁路运行使用过程中，发现随着交通量的增加和荷载的增大，有碴轨道结构较难满足需求。上个世纪七十年代，意大利首先进行了在轨道结构中加入沥青层的尝试研究，取得了很好的作用效果^[2]，此后，德国、日本、美国等国家也纷纷进行了相关方面的研究。几十年的研究结果表明，在轨道结构中加入沥青层能够取得很好的应用效果，并能有效地减少养护维修成本。

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