高速铁路CRTS II型板式无砟轨道结构随机疲劳损伤行为研究

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基本信息

  • 批准号：
    51808558
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    24.0万
  • 负责人：
    单智
  • 依托单位：
    中南大学
  • 学科分类：
    E0804.结构工程
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

As a main track of the high-speed railway tracks in China, the China railway track system (CRTS) II ballastless slab track has been vastly applied in the Beijing-Shanghai, Shijiazhuang-Wuhan and Shanghai-Kunming high-speed railway. Due to the long-term effects of trains and temperature loads, etc., its performance is time-varying and random. The cement emulsified asphalt mortar (CA mortar) layer is located in the middle of this spacial multi-layer track structure, and some CA mortar layer surfers the varied diseases. Hence, it is urgent to study on the randomness and time-variability of mechanical properties of CRTS II ballastless slab track structure, i.e. mainly to reveal the random fatigue damage mechanism and the stochastic evolution of its performance. Based on the theory of multi-scale statistical mechanics, this project is proposed to study on the random fatigue damage behavior of CRTS II ballastless slab track structure under fatigue load. Initially, based on a statistical mechanics method, a stochastic fatigue damage constitutive model of CRTS II CA mortar considering size effect is proposed. Additionally, using a probability density evolution method, a multi-scale theoretical analysis model for the random fatigue damage behavior of CRTS II ballastless slab track structure on the high-speed railway bridge under fatigue load is developed. Furthermore, the fatigue failure mode, the random fatigue damage mechanism and the stochastic fatigue damage evolution law of the track structure are revealed by applying the analysis model. Therefore, the research results can be applied to provide theoretical basis and technical guidance for the fatigue damage analysis, safe operation and maintenance of CRTS II ballastless slab track structures.
作为我国高速铁路主要轨道结构形式之一，中国铁路轨道系统(CRTS) II型板式无砟轨道结构已在京沪、石武、沪昆高铁上得到广泛使用。由于列车、温度荷载等的长期作用，其性能具有时变性和随机性；水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)位于该多层空间轨道结构的中间，且部分出现病害，故亟需开展II型板式无砟轨道结构力学性能随机性与时变性研究，即主要揭示其随机疲劳损伤机理与性能随机演化规律。本项目基于多尺度统计力学，拟开展CRTS II型板式无砟轨道结构随机疲劳损伤行为研究，通过统计力学方法，提出考虑尺寸效应的II型CA砂浆随机疲劳损伤本构模型，并通过概率密度演化方法，建立高速铁路桥上II型板式无砟轨道结构随机疲劳损伤行为多尺度理论分析模型，研究该结构疲劳失效模式，揭示其随机疲劳损伤机理，进而揭示其随机疲劳损伤演化规律。研究成果将为II型板式无砟轨道结构疲劳损伤分析、安全运营与养护维修，提供理论依据与技术指导。

结项摘要

作为我国高速铁路主要轨道结构形式之一，中国铁路轨道系统(CRTS) II型板式无砟轨道结构已在京沪、石武、沪昆高铁上得到广泛使用。由于列车、温度荷载等的长期作用，其性能具有时变性和随机性；水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)位于该多层空间轨道结构的中间，且部分出现病害，故亟需开展II型板式无砟轨道结构力学性能随机性与时变性研究，即主要揭示其随机疲劳损伤机理与性能随机演化规律。.本研究基于多尺度统计力学，开展了CRTS II型板式无砟轨道结构随机疲劳损伤行为研究。利用微观力学方法进行了荷载作用下CA砂浆微观损伤机理分析，开展了CA砂浆随机循环荷载试验研究、尺寸效应试验研究和随机疲劳试验研究等，采用统计力学方法，提出并验证了CA砂浆随机疲劳粘弹性-损伤本构模型：CA砂浆束-链模型。基于概率密度演化理论和所提出的CA砂浆随机粘弹性-损伤本构模型，建立并验证了高速铁路桥上CRTS II型板式无砟轨道结构体系随机疲劳损伤行为多尺度理论分析模型。并且，利用所建立的多尺度有限元模型，开展了各层结构疲劳损伤演化对轨道结构体系疲劳性能影响的数值分析，研究了该结构体系疲劳失效模式，揭示了其随机疲劳损伤机理，进而揭示了其随机疲劳损伤演化规律。.研究结果表明，CA砂浆材料具有较强的随机性和尺寸效应，其随机性会导致CRTS II型板式无砟轨道结构体系具有随机的疲劳寿命和随机的力学性能演化规律；列车荷载长期作用下，CA砂浆层是该结构体系的最薄弱部位，尽管CA砂浆层随机疲劳损伤演化对梁体力学性能影响较小，但是会导致轨道结构体系应力重分布；在考虑结构层不同部位的力学性能随机性的情况下，CA砂浆层可能会在设计使用寿命期内疲劳破坏，进而导致其他轨道结构层出现应力集中、开裂破坏等，从而影响高速列车行车安全。.本研究成果可为CRTS II型板式无砟轨道结构疲劳损伤分析、安全运营与养护维修，提供理论依据与技术指导。

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Influences of train speed and concrete Young's modulus on random responses of a 3D train-track-girder-pier coupled system investigated by using PEM
利用 PEM 研究列车速度和混凝土杨氏模量对 3D 列车-轨道-梁-墩耦合系统随机响应的影响
  • DOI：
    10.1016/j.euromechsol.2018.11.017
  • 发表时间：
    2019-03
  • 期刊：
    Engineering Structures
  • 影响因子：
    5.5
  • 作者：
    Tan Sui;Yu Zhiwu;Shan Zhi;Mao Jianfeng
  • 通讯作者：
    Mao Jianfeng
Damage Quantification in Concrete under Fatigue Loading Using Acoustic Emission
使用声发射对疲劳荷载下混凝土的损伤进行量化
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2019-11
  • 期刊：
    Journal of Sensors
  • 影响因子：
    1.9
  • 作者：
    Shan Zhi;Yu Zhiwu;Li Xiao;Xie Ying
  • 通讯作者：
    Xie Ying
Bond stress-slip model for rebar-concrete interface under monotonic and cyclic loading
单调循环荷载下钢筋-混凝土界面粘结应力滑移模型
  • DOI：
    10.1016/j.istruc.2021.07.093
  • 发表时间：
    2021-12
  • 期刊：
    Structures
  • 影响因子：
    4.1
  • 作者：
    Lv Xiaoyong;Yu Zhiwu;Shan Zhi
  • 通讯作者：
    Shan Zhi
A Stochastic Damage Model for Bond Stress-Slip Relationship of Rebar-Concrete Interface under Monotonic Loading
单调荷载下钢筋-混凝土界面粘结应力-滑移关系的随机损伤模型
  • DOI：
    10.3390/ma12193151
  • 发表时间：
    2019-10-01
  • 期刊：
    MATERIALS
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Lv, Xiaoyong;Yu, Zhiwu;Yuan, Ju
  • 通讯作者：
    Yuan, Ju
Seismic behaviour of frame structures with assembly of prefabricated concrete beam
装配式混凝土梁框架结构的抗震性能
  • DOI：
    10.1016/j.jobe.2021.102765
  • 发表时间：
    2021-05
  • 期刊：
    Journal of Building Engineering
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Lv Xiaoyong;Yu Zhiwu;Shan Zhi
  • 通讯作者：
    Shan Zhi

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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