- 科学出版社
- 9787030810939
- 1版
- B5
- 2025-02
作者简介
内容简介
本书针对高速铁路无砟轨道-桥梁体系经时性能分析与评定，重点介绍了作者十余年来有关环境与列车荷载作用下高速铁路无砟轨道-桥梁体系经时性能物理模拟试验、高速铁路无砟轨道-桥梁体系关键材料与界面随机损伤本构模型、环境与列车荷载作用下高速铁路无砟轨道-桥梁体系经时性能多尺度分析、基于时变可靠度的高速铁路无砟轨道-桥梁体系服役状态评定理论与方法等一系列理论研究成果和工程应用实例。
目录
目录
序一
序二
前言
第1章 绪论 1
1.1 我国高速铁路无砟轨道-桥梁体系发展概况 1
1.2 研究现状 3
1.3 本书研究内容及意义 16
参考文献 17
第2章 高速铁路无砟轨道-桥梁体系关键材料经时性能试验研究 28
2.1 普通混凝土经时性能试验 28
2.1.1 不同含水率的混凝土静力试验 28
2.1.2 混凝土徐变试验 32
2.1.3 混凝土耐久性试验 38
2.2 自密实混凝土经时性能试验 46
2.2.1 自密实混凝土静力试验 46
2.2.2 自密实混凝土疲劳试验 54
2.3 CA砂浆经时性能试验 56
2.3.1 CA砂浆静力试验 56
2.3.2 CA砂浆应变率效应试验 60
2.3.3 CA砂浆循环轴压试验 60
2.3.4 CA砂浆疲劳试验 66
2.4 小结 70
参考文献 70
第3章 高速铁路无砟轨道-桥梁体系经时性能试验研究 72
3.1 轨道板-自密实混凝土界面经时性能试验 72
3.1.1 轨道板-自密实混凝土界面静力试验 72
3.1.2 轨道板-自密实混凝土界面疲劳试验 79
3.1.3 轨道板-自密实混凝土界面耐久性试验 83
3.2 轨道结构经时性能试验 89
3.2.1 列车荷载作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道结构疲劳试验研究 89
3.2.2 温度和列车荷载作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道结构疲劳试验研究 97
3.2.3 初始损伤CRTSⅡ型板式无砟轨道结构氯盐侵蚀试验研究 108
3.3 CRTSⅢ型板式无砟轨道-桥梁体系经时性能试验 119
3.3.1 试验设计 119
3.3.2 CRTSⅢ型板式无砟轨道-桥梁体系徐变试验 122
3.3.3 CRTSⅢ型板式无砟轨道-桥梁体系静力试验 124
3.3.4 CRTSⅢ型板式无砟轨道-桥梁体系协同工作试验 127
3.4 小结 130
参考文献 131
第4章 混凝土静力与疲劳随机损伤本构 132
4.1 mode-Ⅱ微裂缝模型与微观损伤机理分析 132
4.1.1 单轴拉伸荷载下简化的mode-Ⅱ微裂缝及其影响分析 132
4.1.2 多轴拉伸荷载下混凝土微观损伤机理分析 136
4.1.3 多轴压缩荷载下混凝土微观损伤机理分析 138
4.1.4 拉-压/压-拉荷载下混凝土微观损伤机理分析 141
4.1.5 混凝土微观损伤机理分析的总结 142
4.2 基于损伤能量释放的混凝土静力与疲劳损伤本构模型 144
4.2.1 基于损伤能量释放的混凝土静力损伤本构模型 144
4.2.2 基于损伤能量释放的混凝土疲劳损伤本构模型 151
4.2.3 模型验证 160
4.3 基于纤维束-不可恢复链模型的混凝土静力与疲劳随机损伤本构模型 165
4.3.1 混凝土静力随机损伤本构模型 166
4.3.2 混凝土疲劳随机损伤本构模型 176
4.3.3 模型验证 187
4.4 不同类型混凝土的随机损伤本构模型参数 195
4.4.1 普通混凝土随机损伤本构模型参数 195
4.4.2 自密实混凝土随机损伤本构模型参数 203
4.5 小结 208
参考文献 208
第5章 CA砂浆静力与疲劳随机黏弹性-损伤本构 215
5.1 CA砂浆微观黏弹性-损伤机理分析 215
5.1.1 CA砂浆组成及其作用 215
5.1.2 CA砂浆的微观结构 216
5.1.3 多轴拉伸荷载下CA砂浆弹性(变形)损伤的微观机理 218
5.1.4 多轴拉-压荷载下CA砂浆不可恢复应变发展与不可恢复(变形)损伤 219
5.2 CA砂浆静力随机黏弹性-损伤本构模型 222
5.2.1 CA砂浆静力束-链模型 222
5.2.2 静力随机黏弹性-损伤本构模型表达式及参数取值 224
5.2.3 静力随机黏弹性-损伤本构模型验证 227
5.3 CA砂浆疲劳随机黏弹性-损伤本构模型 230
5.3.1 CA砂浆疲劳束-链模型 230
5.3.2 疲劳随机黏弹性-损伤本构模型表达式及参数取值 231
5.3.3 疲劳随机黏弹性-损伤本构模型验证 237
5.4 小结 243
参考文献 243
第6章 混凝土随机徐变模型 246
6.1 混凝土徐变微观机理分析 246
6.1.1 混凝土徐变的影响因素 246
6.1.2 混凝土徐变的随机性来源分析 247
6.1.3 持续荷载作用下混凝土徐变的微观机理 247
6.2 混凝土徐变机理的扩展束-链模型 248
6.2.1 束-链模型的扩展 248
6.2.2 瞬时与经时机制下的扩展束-链模型 249
6.3 基于扩展束-链模型的混凝土随机徐变模型 250
6.3.1 混凝土随机徐变模型的统计学表达 250
6.3.2 模型的参数确定 255
6.4 模型验证 257
6.4.1 本课题组随机徐变试验验证 257
6.4.2 其他典型徐变试验验证 259
6.4.3 徐变后力学性能试验验证 260
6.5 小结 261
参考文献 261
第7章 轨道板-自密实混凝土界面内聚力本构 263
7.1 层间界面静力内聚力本构模型 263
7.2 层间界面疲劳内聚力本构模型 268
7.3 模型验证 271
7.4 小结 275
参考文献 276
第8章 高速铁路无砟轨道-桥梁体系协同工作与疲劳性能分析方法 277
8.1 高速铁路无砟轨道-桥梁体系协同工作与疲劳性能分析建模方法 277
8.1.1 轨道-桥梁体系参数化有限元建模方法 277
8.1.2 基于二次开发的轨道结构疲劳性能计算方法 297
8.2 CRTSⅡ型板式无砟轨道-桥梁体系协同工作与疲劳性能演化规律 308
8.2.1 列车荷载作用下轨道结构疲劳损伤空间分布特征 308
8.2.2 CA砂浆层残余应变和疲劳寿命分布 309
8.2.3 CA砂浆疲劳随机损伤条件下轨道结构动力响应分析 312
8.2.4 各结构层损伤对体系受力性能影响研究 315
8.3 CRTSⅢ型板式无砟轨道-桥梁体系协同工作与疲劳性能演化规律 320
8.3.1 CRTSⅢ型板式无砟轨道结构疲劳损伤演化规律 320
8.3.2 列车轴重变化对轨道结构疲劳性能的影响 323
8.3.3 土工布刚度变化对轨道结构疲劳性能的影响 324
8.4 小结 327
参考文献 327
第9章 高速铁路无砟轨道-桥梁体系长期变形分析方法 329
9.1 无砟轨道-桥梁体系长期变形分析建模方法 329
9.1.1 基于ABAQUS二次开发的建模方法 330
9.1.2 模型验证 333
9.2 轨道-桥梁体系长期变形映射分析方法 338
9.2.1 欧拉-伯努利梁应变与位移关系 338
9.2.2 结构层间映射分析方法 340
9.2.3 简支梁桥徐变上拱映射变形算例 341
9.3 CRTSⅡ型板式无砟轨道-桥梁体系长期变形演化规律 341
9.3.1 无砟轨道-预应力混凝土简支梁体系长期变形分析 342
9.3.2 无砟轨道-预应力混凝土简支梁体系长期应力分析 346
9.3.3 CRTSⅡ型板式无砟轨道-桥梁体系上拱映射变形分析 355
9.4 CRTSⅢ型板式无砟轨道-桥梁体系长期变形演化规律 357
9.4.1 轨道-桥梁体系长期变形 357
9.4.2 梁上轨道系统应力分析 359
9.4.3 梁上轨道系统损伤分析 363
9.4.4 CRTSⅢ型板式无砟轨道-桥梁体系上拱映射变形分析 364
9.5 小结 365
参考文献 366
第10章 高速铁路无砟轨道-桥梁体系耐久性理论分析 368
10.1 无砟轨道-桥梁结构氯离子传输分析方法 368
10.1.1 基于Fick第二定律的氯离子传输分析方法 368
10.1.2 基于偏微分方程模型的氯离子传输分析方法 372
10.2 无砟轨道-桥梁体系内氯离子侵蚀规律 375
10.2.1 CRTSⅡ型板式无砟轨道结构氯离子侵蚀规律 375
10.2.2 CRTSⅢ型板式无砟轨道结构氯离子侵蚀规律 380
10.2.3 混凝土简支箱梁氯离子侵蚀规律 382
10.3 无砟轨道-桥梁结构内钢筋锈蚀分析方法 384
10.3.1 基于经验模型的混凝土内钢筋锈蚀分析方法 385
10.3.2 基于电化学模型的混凝土内钢筋锈蚀分析方法 386
10.4 无砟轨道-桥梁体系内钢筋锈蚀及其影响 390
10.4.1 门型筋锈蚀的影响因素分析 390
10.4.2 门型筋锈蚀规律 393
10.4.3 预应力钢绞线锈蚀对简支箱梁力学性能的影响 396
10.5 小结 397
参考文献 397
第11章 高阶矩时变可靠度分析方法 399
11.1 高阶矩可靠度分析方法的基本原理 399
11.2 功能函数的高阶矩计算 400
11.2.1 简单功能函数的高阶矩计算 400
11.2.2 单变量功能函数高阶矩的点估计法 402
11.2.3 多变量功能函数高阶矩的点估计法 403
11.3 高阶矩可靠度指标计算公式 407
11.3.1 三阶矩可靠度指标 408
11.3.2 四阶矩可靠度指标 410
11.4 相关随机变量的正态变换方法 412
11.4.1 相关随机变量的Rosenblatt变换和Nataf变换 413
11.4.2 相关随机变量的高阶矩变换 416
11.5 高阶矩时变可靠度分析方法 422
11.5.1 结构时变可靠度分析方法的基本原理 422
11.5.2 平稳高斯时变功能函数的首次超越概率 423
11.5.3 非平稳非高斯时变功能函数的首次超越概率 423
11.6 多失效模式下高阶矩时变可靠度分析方法 426
11.7 小结 427
参考文献 428
第12章 高速铁路无砟轨道-桥梁体系经时状态评估与预测 430
12.1 高速铁路无砟轨道-桥梁体系潜在失效模式 430
12.2 高速列车荷载与温度作用的随机模型 431
12.2.1 高速列车荷载随机模型 431
12.2.2 温度作用时变概率模型 433
12.3 基于时变可靠度的无砟轨道-桥梁体系服役安全性评估与预测 437
12.3.1 基于时变可靠度的高速铁路简支箱梁安全性评估与预测 437
12.3.2 基于时变可靠度的无砟轨道结构安全性评估与预测 442
12.3.3 基于时变可靠度的无砟轨道-桥梁体系安全性评估与预测 453
12.4 基于时变可靠度的无砟轨道-桥梁体系适用性评估与预测 453
12.4.1 基于时变可靠度的高速铁路简支箱梁适用性评估与预测 454
12.4.2 基于时变可靠度的无砟轨道结构适用性评估与预测 460
12.4.3 基于时变可靠度的无砟轨道-桥梁体系适用性评估与预测 468
12.5 小结 469
参考文献 469
序一
序二
前言
第1章 绪论 1
1.1 我国高速铁路无砟轨道-桥梁体系发展概况 1
1.2 研究现状 3
1.3 本书研究内容及意义 16
参考文献 17
第2章 高速铁路无砟轨道-桥梁体系关键材料经时性能试验研究 28
2.1 普通混凝土经时性能试验 28
2.1.1 不同含水率的混凝土静力试验 28
2.1.2 混凝土徐变试验 32
2.1.3 混凝土耐久性试验 38
2.2 自密实混凝土经时性能试验 46
2.2.1 自密实混凝土静力试验 46
2.2.2 自密实混凝土疲劳试验 54
2.3 CA砂浆经时性能试验 56
2.3.1 CA砂浆静力试验 56
2.3.2 CA砂浆应变率效应试验 60
2.3.3 CA砂浆循环轴压试验 60
2.3.4 CA砂浆疲劳试验 66
2.4 小结 70
参考文献 70
第3章 高速铁路无砟轨道-桥梁体系经时性能试验研究 72
3.1 轨道板-自密实混凝土界面经时性能试验 72
3.1.1 轨道板-自密实混凝土界面静力试验 72
3.1.2 轨道板-自密实混凝土界面疲劳试验 79
3.1.3 轨道板-自密实混凝土界面耐久性试验 83
3.2 轨道结构经时性能试验 89
3.2.1 列车荷载作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道结构疲劳试验研究 89
3.2.2 温度和列车荷载作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道结构疲劳试验研究 97
3.2.3 初始损伤CRTSⅡ型板式无砟轨道结构氯盐侵蚀试验研究 108
3.3 CRTSⅢ型板式无砟轨道-桥梁体系经时性能试验 119
3.3.1 试验设计 119
3.3.2 CRTSⅢ型板式无砟轨道-桥梁体系徐变试验 122
3.3.3 CRTSⅢ型板式无砟轨道-桥梁体系静力试验 124
3.3.4 CRTSⅢ型板式无砟轨道-桥梁体系协同工作试验 127
3.4 小结 130
参考文献 131
第4章 混凝土静力与疲劳随机损伤本构 132
4.1 mode-Ⅱ微裂缝模型与微观损伤机理分析 132
4.1.1 单轴拉伸荷载下简化的mode-Ⅱ微裂缝及其影响分析 132
4.1.2 多轴拉伸荷载下混凝土微观损伤机理分析 136
4.1.3 多轴压缩荷载下混凝土微观损伤机理分析 138
4.1.4 拉-压/压-拉荷载下混凝土微观损伤机理分析 141
4.1.5 混凝土微观损伤机理分析的总结 142
4.2 基于损伤能量释放的混凝土静力与疲劳损伤本构模型 144
4.2.1 基于损伤能量释放的混凝土静力损伤本构模型 144
4.2.2 基于损伤能量释放的混凝土疲劳损伤本构模型 151
4.2.3 模型验证 160
4.3 基于纤维束-不可恢复链模型的混凝土静力与疲劳随机损伤本构模型 165
4.3.1 混凝土静力随机损伤本构模型 166
4.3.2 混凝土疲劳随机损伤本构模型 176
4.3.3 模型验证 187
4.4 不同类型混凝土的随机损伤本构模型参数 195
4.4.1 普通混凝土随机损伤本构模型参数 195
4.4.2 自密实混凝土随机损伤本构模型参数 203
4.5 小结 208
参考文献 208
第5章 CA砂浆静力与疲劳随机黏弹性-损伤本构 215
5.1 CA砂浆微观黏弹性-损伤机理分析 215
5.1.1 CA砂浆组成及其作用 215
5.1.2 CA砂浆的微观结构 216
5.1.3 多轴拉伸荷载下CA砂浆弹性(变形)损伤的微观机理 218
5.1.4 多轴拉-压荷载下CA砂浆不可恢复应变发展与不可恢复(变形)损伤 219
5.2 CA砂浆静力随机黏弹性-损伤本构模型 222
5.2.1 CA砂浆静力束-链模型 222
5.2.2 静力随机黏弹性-损伤本构模型表达式及参数取值 224
5.2.3 静力随机黏弹性-损伤本构模型验证 227
5.3 CA砂浆疲劳随机黏弹性-损伤本构模型 230
5.3.1 CA砂浆疲劳束-链模型 230
5.3.2 疲劳随机黏弹性-损伤本构模型表达式及参数取值 231
5.3.3 疲劳随机黏弹性-损伤本构模型验证 237
5.4 小结 243
参考文献 243
第6章 混凝土随机徐变模型 246
6.1 混凝土徐变微观机理分析 246
6.1.1 混凝土徐变的影响因素 246
6.1.2 混凝土徐变的随机性来源分析 247
6.1.3 持续荷载作用下混凝土徐变的微观机理 247
6.2 混凝土徐变机理的扩展束-链模型 248
6.2.1 束-链模型的扩展 248
6.2.2 瞬时与经时机制下的扩展束-链模型 249
6.3 基于扩展束-链模型的混凝土随机徐变模型 250
6.3.1 混凝土随机徐变模型的统计学表达 250
6.3.2 模型的参数确定 255
6.4 模型验证 257
6.4.1 本课题组随机徐变试验验证 257
6.4.2 其他典型徐变试验验证 259
6.4.3 徐变后力学性能试验验证 260
6.5 小结 261
参考文献 261
第7章 轨道板-自密实混凝土界面内聚力本构 263
7.1 层间界面静力内聚力本构模型 263
7.2 层间界面疲劳内聚力本构模型 268
7.3 模型验证 271
7.4 小结 275
参考文献 276
第8章 高速铁路无砟轨道-桥梁体系协同工作与疲劳性能分析方法 277
8.1 高速铁路无砟轨道-桥梁体系协同工作与疲劳性能分析建模方法 277
8.1.1 轨道-桥梁体系参数化有限元建模方法 277
8.1.2 基于二次开发的轨道结构疲劳性能计算方法 297
8.2 CRTSⅡ型板式无砟轨道-桥梁体系协同工作与疲劳性能演化规律 308
8.2.1 列车荷载作用下轨道结构疲劳损伤空间分布特征 308
8.2.2 CA砂浆层残余应变和疲劳寿命分布 309
8.2.3 CA砂浆疲劳随机损伤条件下轨道结构动力响应分析 312
8.2.4 各结构层损伤对体系受力性能影响研究 315
8.3 CRTSⅢ型板式无砟轨道-桥梁体系协同工作与疲劳性能演化规律 320
8.3.1 CRTSⅢ型板式无砟轨道结构疲劳损伤演化规律 320
8.3.2 列车轴重变化对轨道结构疲劳性能的影响 323
8.3.3 土工布刚度变化对轨道结构疲劳性能的影响 324
8.4 小结 327
参考文献 327
第9章 高速铁路无砟轨道-桥梁体系长期变形分析方法 329
9.1 无砟轨道-桥梁体系长期变形分析建模方法 329
9.1.1 基于ABAQUS二次开发的建模方法 330
9.1.2 模型验证 333
9.2 轨道-桥梁体系长期变形映射分析方法 338
9.2.1 欧拉-伯努利梁应变与位移关系 338
9.2.2 结构层间映射分析方法 340
9.2.3 简支梁桥徐变上拱映射变形算例 341
9.3 CRTSⅡ型板式无砟轨道-桥梁体系长期变形演化规律 341
9.3.1 无砟轨道-预应力混凝土简支梁体系长期变形分析 342
9.3.2 无砟轨道-预应力混凝土简支梁体系长期应力分析 346
9.3.3 CRTSⅡ型板式无砟轨道-桥梁体系上拱映射变形分析 355
9.4 CRTSⅢ型板式无砟轨道-桥梁体系长期变形演化规律 357
9.4.1 轨道-桥梁体系长期变形 357
9.4.2 梁上轨道系统应力分析 359
9.4.3 梁上轨道系统损伤分析 363
9.4.4 CRTSⅢ型板式无砟轨道-桥梁体系上拱映射变形分析 364
9.5 小结 365
参考文献 366
第10章 高速铁路无砟轨道-桥梁体系耐久性理论分析 368
10.1 无砟轨道-桥梁结构氯离子传输分析方法 368
10.1.1 基于Fick第二定律的氯离子传输分析方法 368
10.1.2 基于偏微分方程模型的氯离子传输分析方法 372
10.2 无砟轨道-桥梁体系内氯离子侵蚀规律 375
10.2.1 CRTSⅡ型板式无砟轨道结构氯离子侵蚀规律 375
10.2.2 CRTSⅢ型板式无砟轨道结构氯离子侵蚀规律 380
10.2.3 混凝土简支箱梁氯离子侵蚀规律 382
10.3 无砟轨道-桥梁结构内钢筋锈蚀分析方法 384
10.3.1 基于经验模型的混凝土内钢筋锈蚀分析方法 385
10.3.2 基于电化学模型的混凝土内钢筋锈蚀分析方法 386
10.4 无砟轨道-桥梁体系内钢筋锈蚀及其影响 390
10.4.1 门型筋锈蚀的影响因素分析 390
10.4.2 门型筋锈蚀规律 393
10.4.3 预应力钢绞线锈蚀对简支箱梁力学性能的影响 396
10.5 小结 397
参考文献 397
第11章 高阶矩时变可靠度分析方法 399
11.1 高阶矩可靠度分析方法的基本原理 399
11.2 功能函数的高阶矩计算 400
11.2.1 简单功能函数的高阶矩计算 400
11.2.2 单变量功能函数高阶矩的点估计法 402
11.2.3 多变量功能函数高阶矩的点估计法 403
11.3 高阶矩可靠度指标计算公式 407
11.3.1 三阶矩可靠度指标 408
11.3.2 四阶矩可靠度指标 410
11.4 相关随机变量的正态变换方法 412
11.4.1 相关随机变量的Rosenblatt变换和Nataf变换 413
11.4.2 相关随机变量的高阶矩变换 416
11.5 高阶矩时变可靠度分析方法 422
11.5.1 结构时变可靠度分析方法的基本原理 422
11.5.2 平稳高斯时变功能函数的首次超越概率 423
11.5.3 非平稳非高斯时变功能函数的首次超越概率 423
11.6 多失效模式下高阶矩时变可靠度分析方法 426
11.7 小结 427
参考文献 428
第12章 高速铁路无砟轨道-桥梁体系经时状态评估与预测 430
12.1 高速铁路无砟轨道-桥梁体系潜在失效模式 430
12.2 高速列车荷载与温度作用的随机模型 431
12.2.1 高速列车荷载随机模型 431
12.2.2 温度作用时变概率模型 433
12.3 基于时变可靠度的无砟轨道-桥梁体系服役安全性评估与预测 437
12.3.1 基于时变可靠度的高速铁路简支箱梁安全性评估与预测 437
12.3.2 基于时变可靠度的无砟轨道结构安全性评估与预测 442
12.3.3 基于时变可靠度的无砟轨道-桥梁体系安全性评估与预测 453
12.4 基于时变可靠度的无砟轨道-桥梁体系适用性评估与预测 453
12.4.1 基于时变可靠度的高速铁路简支箱梁适用性评估与预测 454
12.4.2 基于时变可靠度的无砟轨道结构适用性评估与预测 460
12.4.3 基于时变可靠度的无砟轨道-桥梁体系适用性评估与预测 468
12.5 小结 469
参考文献 469
