以CRTSⅡ型板式无砟轨道为代表的纵连式无砟轨道是目前我国应用最为广泛的轨道结构形式之一。轨道结构常年暴露于不断变化的自然环境中,承受周期性温度变化及温度梯度的作用,在夏季高温天气下,由于轨道板内的温度压力,部分地段的Ⅱ型轨道板出现了上拱现象,轨道板上拱会对线路的几何形位造成明显变化,降低行车舒适性甚至影响行车安全性。关于纵连轨道板上拱的形成机理、影响因素和控制措施,相关研究不够系统完善。本文结合Ⅱ型板式轨道的结构特点和荷载形式,围绕轨道板上拱问题,基于结构稳定的静、动力准则及其他相关理论,系统建模计算分析轨道板在温度压力作用下的上拱稳定特性,并在此基础上,对上拱机理、影响因素和控制措施等进行深入研究。1.建立了纵连式无砟轨道稳定性计算的微分方程法,分析了主体参数的影响。将轨道板视为刚性基础上的无限长梁,明确了其上拱前后的边界条件,根据梁的挠曲微分方程推导了轨道板的上拱波形曲线。基于结构稳定的静力准则,在小变形的条件下,假设轨道板上拱前后的波形均满足上拱波形曲线,利用能量驻值原理推导了不同初始上拱矢度条件下纵向温度压力与上拱矢度的关系,进而提出了纵连式无砟轨道稳定性计算的微分方程法,该方法修正了Taylor/Gan法,在力学上更为严谨,与假设变形法相比,该方法更加精确,可更好地描述轨道板的上拱行为。根据微分方程法可知,不考虑温度力释放时,轨道板的平衡路径包括持稳、胀板和失稳三个阶段;考虑温度力释放时,若初始上拱较小,其平衡路径包括持稳、胀板、失稳和强化四个阶段,若初始上拱较大,其平衡路径仅包括持稳和强化两个阶段。利用微分方程法分析了轨道板主体参数的影响,结果表明,弹性模量每增加1GPa,持稳极限约降低0.8℃;轨道板厚度每增加5mm,持稳极限约增加1.6℃～2.7℃;轨道板重力荷载每增加0.62kN/m,持稳极限约增加1.7℃～2.7℃。2.建立了纵连式轨道板稳定性分析的有限元分析模型,研究了轨道板上拱的主要原因和影响因素。根据Ⅱ型轨道板的上拱特点,建立了轨道板上拱失稳的有限元分析模型,利用弧长法计算了轨道板上拱的平衡路径,结果与微分方程法较为接近。分析了温升、初始上拱矢度、假缝、正/负温度梯度以及钢轨等因素对轨道板稳定性的影响。结果表明:轨道板初始上拱和纵向温度压力是其上拱稳定性的主要影响因素,初始上拱矢度越大,轨道板的稳定性越差,若轨道板的最大上拱位移限值取2mm,在最大温升为60℃的情况下,轨道板的初始上拱矢度大于22mm便有上拱超限的可能;假缝的存在降低了轨道板的抗弯刚度从而降低轨道板的稳定性;正/负温度梯度以及假缝对轨道板的上拱稳定性影响均很小,研究时可不予考虑;钢轨可增加轨道板的上拱稳定性,考虑钢轨升温后,轨道板的上拱稳定性降低。3.建立了宽窄接缝损伤模型,分析了宽窄接缝典型损伤对轨道板上拱稳定性的影响。针对现场出现的窄接缝破损和宽、窄接缝界面开裂两种损伤形式,研究其对轨道板上拱稳定性的影响,研究结果表明:窄接缝损伤是轨道板上拱的重要影响因素。在温升荷载下,窄接缝损伤可导致较大的偏心受压,降低了轨道板的上拱稳定性,窄接缝完全破损后,在温升为60℃时,轨道板的最大垂向位移可达8.44mm;窄接缝弹性模量高于其设计值的0.1倍或损伤高度小于70mm时,轨道板在温升50℃时的最大上拱位移均小于2mm,此时窄接缝损伤对轨道板的稳定性影响较小,建议宽窄接缝损伤超过此限值时应及时维修。宽窄接缝整体损伤和宽、窄接缝界面开裂对轨道板的稳定性影响较小。4.建立了宽窄接缝细部有限元模型,研究了宽窄接缝在温度压力作用下的损伤行为。基于内聚力理论和混凝土塑性损伤理论建立了宽窄接缝细部模型,分析了宽窄接缝弹性模量和窄接缝宽度对其损伤的影响,解释了现场宽窄接缝典型损伤的产生的原因;分析了宽窄接缝在纵向温度压力作用下的受力特点,进一步从受力的角度解释了宽窄接缝损伤形成的原因。结果表明:宽窄接缝在温升荷载的作用下处于垂向受拉、纵向受压的状态,这是宽窄接缝出现损伤的主要原因;窄接缝破损是一种由宽窄接缝处混凝土强度不足导致渐变型受压损伤,在现有条件下,温升超过20℃,窄接缝便有破损的风险;宽、窄接缝界面开裂是一种由宽、窄接缝不等宽导致突变型受拉损伤;在现有条件下,温升达到5℃,宽、窄接缝界面便会完全断裂,宽、窄接缝界面断裂是难以避免的;增加宽窄接缝的强度可改善宽窄接缝的纵向受力,但不能有效改善其垂向受力,故可有效减小其受压损伤但并不能有效减小受拉损伤,增加窄接缝宽度可以改善宽窄接缝纵向和垂向的受力,故可以有效减小宽窄接缝的受压和受拉损伤;为降低宽窄接缝的损伤并提高轨道板的稳定性,建议宽窄接缝与轨道板等强且宽、窄接缝等宽。5.建立了纵向温度力作用下的轨道板垂向振动模型,分析了温度荷载作用下轨道板的频率特性。基于结构稳定性的动力准则,建立了轨道板垂向振动有限元模型,首先研究了轨道板在上拱过程中的频率变化特点,并分析了温度梯度、假缝和板下基础刚度等因素的影响。然后研究了板下脱空长度和温升对轨道板振动频率的影响,明确了这两种因素的影响程度。结果表明:轨道板的振动频率随温度压力的增大逐渐下降,在温度力达到临界值时,其振动频率趋近于0;温度梯度、假缝和基础刚度的降低均会降低轨道板的振动频率,但影响很小。脱空长度对轨道板的各阶振动频率影响程度大致相同,而温升对轨道板的前三阶振动频率影响较大,对第四到第六阶振动频率影响较小;脱空长度对轨道板振动频率的影响远大于温升;建议轨道板的垂向振动频率低于2Hz时,应及时进行整治6.总结了轨道板上拱稳定性的控制措施并提出了销钉锚固的优化方案对涂刷隔热涂料、结构优化以及销钉锚固、板底注胶和轨道板应力放散等整治措施进行了系统总结。隔热涂料可使轨道板内白天温度降低7～9°C,夜间降低2～4°C。温度梯度在白天可降低30°C/m以上,夜间可降低8°C/m～10°C/m。宽窄接缝上下等宽且宽窄接缝处的混凝土强度与预制轨道板等强可降低宽、窄接缝界面处的垂向拉力可有效降低进而有效降低宽窄接缝的损伤。通过销钉锚固、板底注胶和轨道板应力放散等方法整治后轨道状态良好。针对销钉锚固措施,分析了不同方案下轨道板的上拱稳定性和销钉的受力,植入销钉后,并不能减小宽窄接缝的损伤,窄接缝仍存在完全破损的可能。同一块板上锚固点的数量对轨道板的稳定性和销钉受力影响均较小;第一个锚固点离损伤的宽窄接缝越远,轨道板的稳定性越差,但销钉的受力更小;同一锚固点的销钉数量对轨道板稳定性影响较小,但增加销钉数量可明显改善其受力。因此,综合轨道板的稳定性和销钉的受力和耐久性,建议在宽窄接缝附近第二根轨枕处设置三根销钉进行锚固。