高铁桥梁无砟轨道层间连接区疲劳劣化机理分析及试验验证

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51878603
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0804.结构工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Ballastless tracks are widely used in high speed railway lines. Due to the fatigue damage and accumulated deformation caused by the cyclic actions of running trains, the ballastless track had a irregularity form. On the other hand, the deformation of the bridge leads to flexibility, warping and local compression in ballastless tracks, which accelerates the degradation of ballastless tracks and has a direct impact on running safety and comfort. The interfaces between contacting layers is the damage source of the ballastless track. In this proposal, the cohesive zone model (CZM) is employed to simulate the cracking behavior of the interface and materials of the interlayer. The crack initiation condition, the damage accumulation law and a unified constitutive equation of the interlayer under monotonic and cyclic loading are established. Furthermore, the loading-unloading rule is determined. Based on the framework of the augmented finite element method, the mesh-dependent issue in traditional finite element method is resolved through displacement connectivity and mapping manner. The concurrent multi-scale model, which connects the global structural behavior of track structures and interface debonding and cracking in materials, is obtained by using Arlequin method. This model is applied to simulate the damage process and to reveal the fatigue damage mechanism of the interlayer of the ballastless track under cyclic loading condition. The results in this proposal can provide a theoretical foundation for the development of track structures and the establishment of rehabilitation strategy, which is expected to improve the performance of the ballastless track.
无砟轨道是高速铁路主要采用的轨道类型,其在高速列车的反复作用下,易发生疲劳损伤、变形累积,造成轨道不平顺。桥上无砟轨道会因桥梁变形而承受弯曲、翘曲、局部挤压等作用,加速劣化破坏,严重影响轨道耐久及行车安全。层间连接区是无砟轨道结构劣化的源点,将粘聚区模型应用于层间连接区的开裂模拟,研究其在简单和复合循环加载条件下的起裂条件及损伤累积规律,建立单调-循环加载过程界面及材料开裂的统一本构模型,确定循环加载规则。基于增强有限元方法框架,通过位移关联及映射方式解决常规有限元网格对物理区域的依赖问题,采用Arlequin方法建立关联轨道结构宏观整体性能与界面剥离、材料开裂等细观行为的并发多尺度分析模型,实现对无砟轨道层间连接区复合循环加载条件下劣化过程模拟并揭示其疲劳退化机理。本项目相关成果可为无砟轨道结构发展及其量化维修标准制定等提供理论基础,以进一步提升高速铁路无砟轨道技术。

结项摘要

高铁无砟轨道的层间连接区域是轨道板薄弱环节,在列车-环境长期共同作用下,损伤裂纹将率先发生于界面处,并以此为起点沿界面扩展,造成层间连接破坏;而不同类型轨道板因结构设计与受力的差异,表现出了不同的劣化特征。开展了极端气候条件对高铁无砟轨道结构性能影响研究,得到了高铁无砟轨道温度场模式,明确了温度影响的重要性,提出了通过掺入纳米材料改善CA 砂浆温度敏感性的方案。开展了高铁无砟轨道板层间界面力学性能研究及试验,探明了连接区破坏模式以剪切断裂为主,且应力水平是影响疲劳寿命的主导因素。基于粘聚区理论建立了层间连接区劣化本构关系,确定了循环荷载作用下界面起裂及裂纹扩展准则,通过DIC技术获得了粘聚强度、界面刚度、临界断裂能等关键参数。针对无砟轨道板结构层间非完美粘结特性,建立了层间可双向滑移的层合薄板和中厚板力学分析的微分形式及积分形式方程;构造了相应的层合薄板矩形单元,结合劣化本构模型,实现了高铁无砟轨道结构在温度荷载、列车荷载等作用下的静动力响应、界面损伤影响及边缘脱粘演化过程的多尺度模拟分析等。本研究为高铁无砟轨道结构体系优化、设计分析方法改进、关键材料改性及维修养护方案制定等提供了理论支撑。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Influence of Nanoparticles on Age-associated Mechanical Properties of Cement Asphalt Mortar
纳米颗粒对水泥沥青砂浆随龄期力学性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.conbuildmat.2021.124033
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Construction and Building Materials
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Wang Jinfeng;He Lan;Wu Xi;Zhang Liang
  • 通讯作者:
    Zhang Liang
Geometric State Transfer Method for Construction Control of a Large-segment Steel Box Girder with Hoisting Installation
大节段钢箱梁吊装施工控制的几何状态传递方法
  • DOI:
    10.1631/jzus.a1900213
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang Jin-feng;Xiang Hua-wei;Zhang Jiang-tao;Wu Tian-mei;Xu Rong-qiao
  • 通讯作者:
    Xu Rong-qiao
Control measures for thermal effects during placement of span-scale girder segments on continuous steel box girder bridges
连续钢箱梁桥跨度梁段布置热效应控制措施
  • DOI:
    10.1631/jzus.a1900310
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang Jin-feng;Zhang Jiang-tao;Yang Zhong-xuan;Xu Rong-qiao
  • 通讯作者:
    Xu Rong-qiao
Numerical Analysis of Precast Pile Cap for Accelerated Construction
加速施工预制桩帽数值分析
  • DOI:
    10.1061/(asce)gm.1943-5622.0002217
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    International Journal of Geomechanics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Wang Jinfeng;Xu Qianqian;Xiang Huawei;Wang Yutong
  • 通讯作者:
    Wang Yutong
Variational principles of laminated plates considering interlayer slip
考虑层间滑移的层合板变分原理
  • DOI:
    10.1016/j.compstruct.2021.114937
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Composite Structures
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Tianmei Wu;Guannan Wang;Jinfeng Wang;Yun Wang;Rongqiao Xu
  • 通讯作者:
    Rongqiao Xu

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其他文献

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    --
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    项贻强
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汪劲丰;乌添媚;王建江;王敏权;徐荣桥
  • 通讯作者:
    徐荣桥
基于实体退化单元的高墩非线性稳定仿真分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    浙江大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    牛辉;汪劲丰;张巍;俞亚南;吴光宇
  • 通讯作者:
    吴光宇
大跨预应力混凝土桥梁极限承载力计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    吴光宇;杨升善;汪劲丰;贾益纲;项贻强
  • 通讯作者:
    项贻强
港珠澳大桥预制埋床式墩台失效过程分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国公路学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汪劲丰;景强;吴伟胜;吴光宇;向华伟
  • 通讯作者:
    向华伟

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汪劲丰的其他基金

预制桥墩灌浆套筒连接件劣化机理及设计方法研究
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AI项目解读示例

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

        graph TD
          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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