相比于单元式无砟轨道结构,连续式无砟轨道结构的整体性和平顺性更好,然而其轨道板、道床板和底座板受温度影响很大。当降温荷载作用于连续结构时,其内部将产生很大的温度应力,由于混凝土抗拉强度低,将不可避免的导致道床板(或轨道板)及底座板混凝土开裂。当裂纹发展到一定程度时,必然影响无砟轨道的耐久性,甚至影响到轨道结构的稳定性和高速行车的平稳性和安全性。目前,国内外关于连续式无砟轨道的开裂机理及其影响还缺乏系统的研究。本文针对连续式无砟轨道温度场及开裂特性问题,在现有研究成果的基础上,从连续式无砟轨道的受力特点和材料特性出发,对其温度荷载取值、开裂特性、弯拉开裂模式及钢筋锈蚀的影响等方面开展了理论和试验研究。主要研究工作及结论如下:1.现场无砟轨道温度场的长期观测试验通过对沪杭高铁无砟轨道温度场和气象因素一年的观测,得到轨道温度场变化特性及其受气象因素(气温、太阳辐射、风速等)的影响关系。经统计,我国各地区夏季轨道板顶温度峰值出现时间大致与经度成比例关系,从东向西,随着经度的减小,温度峰值出现时间依次滞后。上海地区无砟轨道夏季板顶、板中最高温度可达57.3℃、50.8℃,冬季板顶、板中最低温分别为0.15℃、3.7℃。全年内无砟轨道板中最大正温度梯度为109.78℃/m,最大负温度梯度为-74.1℃/m,指数函数形式能较好的描述轨道板温度梯度概率分布。2.道床板早期温度场分布研究建立了无砟轨道温度场有限元计算模型,试验验证了其准确性,考虑CRTSⅠ型双块式无砟轨道混凝土水化热,计算分析了道床板的早期温度场分布,得到了其零应力温度,为轨道开裂等研究奠定基础。研究结果表明上海地区夏季连续式无砟轨道板中零应力温度可高于当地气温15℃,早期温度场对轨道结构开裂行为的影响不容忽视。3.连续式道床板的温度应力与裂纹计算方法研究基于混凝土材料的离散性,得到了具有95%保证率的道床板开裂轴力。建立了考虑纵向阻力下的连续式道床板温度应力与裂纹计算方法,得到了道床板开裂特性的主要影响因素。考虑混凝土与钢筋之间的粘结滑移关系,得到了连续式道床板在开裂过程中的伸缩刚度变化规律,进而提出了连续式道床板的受拉开裂模型。研究结果表明:(1)在混凝土结构中,外载作用效应按混凝土抗拉强度计算的话,规范对其抗拉强度设计值和标准值的规定均偏于危险,计算作用效应时采用设计值将大大低估实际外荷载值;(2)考虑纵向阻力下的临界降温幅度、裂纹间距、裂纹宽度及钢筋应力与混凝土抗拉强度、配筋率、钢筋直径及纵向阻力均有关系,配筋率和纵向阻力对各指标均是负相关作用,且裂纹宽度与配筋率二次方成反比;(3)在道床板整个开裂过程中,道床板平均刚度迅速降低,处于稳定裂纹阶段时的构件刚度随应变的增大而缓慢减小,约为钢筋刚度的2倍,平均刚度约降到初始刚度的十分之一。4.连续式无砟轨道开裂特性模型试验研究分析了最小裂纹间距、裂纹宽度、稳定与不稳定裂纹温度界限、钢筋应力及开裂轴力与混凝土强度、配筋率等裂纹发展影响因素的关系。研究结果表明:(1)配筋混凝土模型试件在轴拉状态下,裂纹发展主要呈现不稳定裂纹和稳定裂纹两个阶段;(2)最小不稳定裂纹间距比理论计算值略小,且分布范围较大,大致呈正态分布;(3)试件开裂时的轴向拉力多小于其理论计算值,稳定裂纹阶段钢筋应力大范围处于接近屈服极限的较高水平;(4)当前铁路设计规范计算的裂纹宽度值的3倍与无板底摩阻力试件的表面裂纹宽度最大值吻合较好,但与有板底摩阻力情况下的实测值偏差较大,而本文理论计算结果与考虑板底摩阻力下的实测值吻合较好。实测裂纹发展规律与计算理论较为一致,验证了本文裂纹计算方法的准确性;(5)在使用带肋钢筋且配筋率为1.14%,混凝土为C40的条件下,试件裂纹不稳定与稳定阶段的界限降温幅度约为70℃,若试件底部是水硬性支承时,则约是60℃,为了有效控制裂纹宽度,应将道床板裂纹限制在不稳定裂纹阶段。5.道床板和支承层整体弯拉开裂模式和锈胀道床板开裂研究建立了道床板和支承层整体弯拉开裂模式和锈胀道床板开裂细观尺度有限元计算模型,探究了加载应变率对混凝土梁弯拉开裂模式、弯拉强度及应力位移关系的影响,研究了钢筋锈蚀时不同钢筋直径、间距、保护层厚度的道床板受力性能及损伤开裂模式,分析了列车荷载和温度荷载对锈胀道床板开裂特性的影响。研究结果表明:(1)静态加载下混凝土宏观裂纹主要是沿着骨料边缘扩展,集中在薄弱的交界面周围;(2)混凝土简支梁加载速率的大小显著影响其动态开裂模式,弯拉强度随着加载速率的增大而增大。随着加载速率的增大,混凝土裂纹由沿薄弱交界面周围扩展的单一裂纹型式,转变为复杂的多裂纹型式,且裂纹宽度急剧增加,损伤开裂扩展至整个受拉区,高速铁路无砟轨道层间整体性对轨道结构保持稳定性十分重要,应特别关注其层间损伤;(3)道床板开裂模式与钢筋保护层厚度有关,与钢筋直径和间距关系不大;(4)当道床板混凝土保护层厚度较小,道床板外部裂缝贯通时的钢筋锈胀位移约为70μm。内部裂缝贯通时的锈胀位移主要随着钢筋间距的增大而增大;(5)列车荷载对锈蚀后的道床板受力影响不大。