摘要
高速铁路较之一般铁路线对线路的平顺性要求更高,一条高速铁路线路是由路基、桥梁、隧道、涵洞等不同刚度的构筑物组成,在这些不同构筑物连接处存在着刚度差异所引起的沉降差异,沉降差异导致了线路的不平顺,这种沉降差异在路基和桥梁过渡间表现的更加明显。 本文针对现有高速铁路路桥过渡段结构中刚度较大,过渡段结构与路基之间存在沉降差异,导致过渡段结构在列车荷载作用下被拉断的问题,提出使用橡胶混凝土作为路桥过渡段结构改性材料的思路。通过室内试验对基准混凝土和各类橡胶混凝土的工作性能、密度、含气量、标准立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、弹性模量等物理力学指标进行检测。利用有限元软件Midas/GTS对过渡段结构使用基准混凝土和不同种类的橡胶混凝土以及橡胶混凝土与基准混凝土组合构成的路桥过渡段对比分析静动荷载作用下路桥过渡段—路基的应力、沉降情况,得出以下结论: 1.掺入橡胶粉后对试验混凝土工作性能基本无影响;在混凝土中掺入橡胶粉后,橡胶混凝土的密度会降低,引气量会增加,当掺合比例为5%、10%、15%、20%时,三种橡胶混凝土密度均值依次为2.14 g/cm3、2.07 g/cm3、1.97 g/cm3、1.93 g/cm3,引气量分别均值为5.33%、7.67%、9.34%、10.2%。 2.在基准混凝土中掺入橡胶粉会使得橡胶混凝土的强度降低,橡胶粉掺入量越大,橡胶混凝土强度降低幅度越大,其中28d立方体抗压强度,三种橡胶混凝土的掺合比例为5%、10%、15%、20%时,强度降低均值为17.85%、49.13%、82.78%、93.05%。 3.利用 Midas/GTS软件对路桥过渡段—路基模型分别施加静动荷载作用下,过渡段结构出现集中受拉区域,且同种材料的过渡段结构,动荷载作用产生的最大拉应力比静荷载作用下高出20%左右。使用强度低的橡胶混凝土作为过渡段结构材料,可使受拉区域的应力值减小。施加静、动荷载时,与基准混凝土比较强度折减比例为60%时,受拉区域的最大拉应力降低均值分别为40.26%、42.37%。 4.在荷载作用下路桥过渡段—路基结构,以基准混凝土作为路桥过渡段材料时,结构中线沉降曲线呈上凸状态,使用橡胶混凝土材料作为路桥过渡段结构时,沉降偏大。择优选择80目橡胶混凝土强度折减60%时与基准混凝土组合共同构成新型路桥过渡段结构。分别考察当橡胶混凝土填筑厚度为1m、2m、3m、4m时,新型路桥过渡段结构的应力及沉降变化情况。结果表明,使用橡胶混凝土填筑于基准混凝土之上时,路桥过渡段结构最大应力显著降低,降低平均幅值为34.82%,而不同厚度的橡胶混凝土填筑于路桥过渡段结构,对其最大拉应力基本无影响。但随着填筑厚度的增加,过渡段结构沉降曲线由上凸状态变成线性,其中当橡胶混凝土填筑厚度为2~3m时,过渡段结构至路基本体可实现平稳过渡。
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