Temperature Field Test of CRTS Ⅰ Twin-Block Ballastless Track in Winter

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(1) 南交通大学学报西第５０卷第３期２０１５年６月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＷＥＳＴＪＩＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ文章编号：０２５８２７２４（２０１５）０３０４５４０７ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５８２７２４．２０１５．０３．０１１. ＣＲＴＳⅠ. . . Ｖｏｌ．５０Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２０１５. 型双块式无砟轨道冬季温度场试验. 杨荣山，万章博，刘学毅，张重王，赵坪锐（西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室，四川成都６１００３１）. 探讨无砟轨道结构温度场分布，通过对成都地区ＣＲＴＳⅠ型双块式无砟轨道结构冬季温度场监测，分摘要：为．基于数理统计方法，提出了成都地区双块式轨道道床板冬季垂向温析了不同天气轨道结构温度场的变化规律度荷载模式究结果表明：道床板昼夜温度变化较大，支承层温度变化较小，道床板表面最大温差１７．５０ ℃ ，支．研承层底面最大温差０．３５ ℃ ；随深度增大，温度变化幅值减小，道床板温度峰值滞后于气温峰值；轨道结构最大正温差出现在１４：３０左右，最大负温差出现在约０８：００；道床板温度沿深度呈指数函数关系．块式无砟轨道；道床板；温度场；现场试验关键词：双中图分类号：Ｕ２１３．２文献标志码：ＡＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＦｉｅｌｄＴｅｓｔｏｆＣＲＴＳⅠＴｗｉｎＢｌｏｃｋＢａｌｌａｓｔｌｅｓｓＴｒａｃｋｉｎＷｉｎｔｅｒ. ，. ，. ，. ，. ＹＡＮＧＲｏｎｇｓｈａｎＷＡＮＺｈａｎｇｂｏＬＩＵＸｕｅｙｉＺＨＡＮＧＺｈｏｎｇｗａｎｇＺＨＡＯＰｉｎｇｒｕｉ. （ＭＯＥＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｉｇｈＳｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ. ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋ，ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｒａｃｋ. ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｅａｔｈｅｒｓｉｔｕａｔｉｏｎｓｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｆｒｏｍｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆＣＲＴＳ Ⅰ ｔｗｉｎｂｌｏｃｋｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋｉｎｗｉｎｔｅｒｉｎＣｈｅｎｇｄｕ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｍｅｔｈｏｄｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｏａｄｍｏｄｅｏｆｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋｓｌａｂｌｏｃａｔｅｄｉｎＣｈｅｎｇｄｕｗａｓｐｕｔ. ，. ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｔｒａｃｋｓｌａｂｃｈａｎｇｅｓｄｒａｍａｔｉｃａｌｌｙｉｎａｄａｙ. ；. ，ｂｕｔ. ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｂｏｎｄｅｄｌａｙｅｒｃｈａｎｇｅｓｓｌｏｗｌｙｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｎｔｒａｃｋ. ，；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｔｒａｃｋｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｄｅｐｔｈ，ａｎｄｔｈｅｐｅａｋｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｔｒａｃｋａｐｐｅａｒｓｌａｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｐｅａｋｏｆａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｐｏｓｉｔｉｖｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｒａｃｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｐｐｅａｒｓａｔ３０，ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｎｅｇａｔｉｖｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｐｐｅａｒｓａｔａｂｏｕｔ０８：００；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｂｏｕｔ１４：ｉｎｔｒａｃｋｓｌａｂａｓｓｕｍｅｓａｎｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅｄｅｐｔｈ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｗｉｎｂｌｏｃｋｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋ；ｔｒａｃｋｓｌａｂ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ；ｓｉｔｅｔｅｓｔ随着我国高速铁路的快速发展，无砟轨道得到 Ⅰ、Ⅱ型双块式轨道［］．广泛应用传统的有砟轨道相比，无砟轨道利用无砟轨道直接暴露在自然环境中，受大气温．与整体性更好的混凝土代替散体道砟，具有更好持久度、太阳辐射、降水及其他环境因素的影响，轨道结保持高精度几何形位的能力构呈现出以日、月、季、年为单位的周期性变化．．目前我国高速铁路采用的无砟轨道大都用混轨道板（或道床板）作为轨道结构的最上层结凝土制作，包括ＣＲＴＳⅠ、Ⅱ、Ⅲ型板式轨道和ＣＲＴＳ构，受温度影响最大，底座板（或支承层）作为底层ｓｌａｂｓｕｒｆａｃｅｉｓ１７．５０ ℃ ａｎｄｉｔｉｓｏｎｌｙ０．３５ ℃ ｉｎｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｂｏｎｄｅｄｌａｙｅｒｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｒａｔｅｏｆ. １２. 收稿日期：２０１４０７２３基金项目：国家９７３计划资助项目（２０１３ＣＢ０３６２０２）；国家自然科学基金资助项目（５１００８２５８，５２１７８４３１）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（ＳＷＪＴＵ１２ＣＸ０６５）荣山（１９７５－），男，副教授，博士，研究方向为高速重载轨道结构与轨道动力学，Ｅｍａｉｌ：ｙｒｓ１２３＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ作者简介：杨．ＣＲＴＳⅠ型引文格式：杨荣山，万章博，刘学毅，等双块式无砟轨道冬季温度场试验［Ｊ］．西南交通大学学报，２０１５，５０（３）：４５４４６０．.

(2) 第３期杨荣山，等：ＣＲＴＳⅠ型双块式无砟轨道冬季温度场试验４５５结构，温度变化相对较小道结构的垂向温差是．轨导致轨道板（或道床板）上拱、砂浆层离缝、层间黏［］结性能减弱的主要原因．国内外学者就温度荷载对混凝土结构的影响．刘进行了较深入研究学毅等研究了无砟轨道结构［］温度应力及翘曲应力的计算方法；景天然、研究了混凝土路面的温度状况、路表放热ＹＡＮＧ等［］系数及影响因素；时旭东、孙国晨等研究了钢筋图１试验场地及试验模型Ｆｉｇ．１Ｔｅｓｔｓｉｔｅａｎｄｍｏｄｅｌ混凝土结构的温度场及叠合梁横截面日照温度的分布［］；朱伯芳、龚召熊研究了水工混凝土温度１．２测点布置及测试仪器及温度力控制问题［］．点（温度传感器）布置见图２．道床板板面沿测无砟轨道作为我国高速铁路的主型结构，分布线测点；道床板内沿垂向布置３个路横向布置３个地区广，区域气候差异大，不同地区轨道结构温度测点，分别距道床板表面５０、１２５ｍｍ（板中）和距场分布规律不尽相同，轨道板和底座板的温度分布道床板底面５０ｍｍ；支承层内沿垂向布置３个测规律也不相同．国内学者对无砟轨道结构温度有一点，分别距支承层表面５０、１５０ｍｍ（层中）和距支定研究，但对轨道结构垂向温差研究甚少砟轨承．无层底面５０ｍｍ；道床板与支承层之间（道床板与道虽然是混凝土结构，但与公路路面、桥梁、大坝等支述测点处均承层的交界面）也布置３个测点．上受太阳辐射和环境因素的影响明显不同，不能照搬布置温度传感器．．这些领域的研究成果测点Ａ、Ｃ位于板边，测点Ｂ位于板中于测．由为查明无砟轨道结构垂向温度分布，通过对成点处的边界条件不同，与外界环境的热交换也不都地区ＣＲＴＳ Ⅰ 双块式无砟轨道试验场地内道床同，因此道床板板边、板中这些典型位置需进行板、支承层温度的长期监测，研究了双块式轨道垂分．向温度分布规律，为研究无砟轨道温度应力和变形析［］，同由于混凝土的热传导性能较差一时．提供了试验基础刻、同一测试断面上温度传感器的数值不尽相同，度传感器采用不同季节轨道结构的温度也不同．温验方案１试稳定性较好的Ｐｔ１００热电阻传感器，测量精度为验模型１．１试用自动采集仪采集温度，采样间隔为１ ℃．采砟轨道结构温度变化受大气温度影响很大，３０± ０．ｍｉｎ．无温度测试数据估读１位，取２位小数时．同道床板处于轨道结构最上层，对气温变化最敏感．用ＰＨ自动气象站记录试验环境相关数据．以ＣＲＴＳⅠ型双块式无砟轨道作为试验对象，在成采整个试验系统处于自然环境中，可通过自动气都地区试验场地现场浇筑了实体模型床象１∶ １的．道站观测数据确定测试时整个试验系统所处的外板尺寸５５００ｍｍ × ２８００ｍｍ × ２５０ｍｍ，支承层尺界境．寸５５００ｍｍ × ３４００ｍｍ × ３００ｍｍ．试验场地及试环选取具有代表性的试验数据（２０１４年１月采验模型见图１．集的温度数据）进行分析．３５. ６７. ８９. １０１１. １２１３. １４１５. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 图道床板、支承层内部温度测点布置. . . . . . . . . . . . . . . ２Ｆｉｇ．２Ｌａｙｏｕｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｏｉｎｔｓｉｎｔｒａｃｋｓｌａｂａｎｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｂｏｎｄｅｄｌａｙｅｒ.

(3) 西南交通大学学报第５０卷面定，因此以截面Ⅱ 为例说明轨道结构内 Ⅰ、 Ⅲ稳度场分布规律２温晴天温度变化明显，选取部温度日变化规律．因道结构内部温度日变化规律、２０— 共６ｄ晴天的观测数据进行分２．１轨１月１３日２４日面于板中，与外界的接触面少，相对截析轨道结构内部温度日变化规律，图３为截． Ⅱ位４５６. . . . . . . . . θ. . . . θ. θ. . . . θ. . . . . . . . . （）支面层表面）（）道床板表面（）道床板底面（支承承层底（）温度日变化曲线）道结构（道床板和支承层图轨 . . . . . . . ａ.

(4). . . . . ｂ. . . . . . . . . . . . . . .

(5). . .

(6). ｃ. . . . . . . . . . . . . . . . . . ３ . Ｆｉｇ．３Ｄａｉｌｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｕｒｖｅｓｏｆｔｒａｃｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｒａｃｋｓｌａｂａｎｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｂｏｎｄｅｄｌａｙｅｒ. 从图３可知：右道结构垂向温差正温度梯度出现在１４：３０左．轨（１）６ｄ内变化规律照上述３种．轨道结构温度变化趋势相同，由于日模式不断重现混凝土热传导性能差，测点温度峰值的出现存在滞．后现象（２）道床板表面温度最小值出现在０８：００左右，最大值出现在１４：３０左右，平均温差１７．５０ ℃ ；道床板底面（支承层表面）温度最小值出现在１１：３０左右，最大值出现在２０：００左右，平均温差为２．９０ ℃ ；支承层底面温度最小值出现在０８：３０左右，最大值出现在约１５：３０，平均温差０．３５ ℃ ．对于道床板而言，随道床板垂向深度增大，最大温度减小，最小温度板底大于板面，温度最值板（ａ）截面 Ⅰ 底滞后板面约４ｈ．由于分析的是冬季的数据，成都地区冬季环境温度变化相对缓慢，支承层底面与外界接触面较少，温度变化不明显．道结构温差日变化规律２．２轨取１月２１日的实测数据分析不同截面轨道选结构沿垂向的温差日变化规律，见图４（截面Ⅲ 略）．从图４可知：（１）截面中截面）温度相对于板边截面 Ⅱ（板．定 Ⅰ（Ⅲ）稳（２）轨道结构沿垂向温差变化主要有３种模（ｂ）截面 Ⅱ 式：２１：００到次日０９：００出现负温度梯度；１３：００到图４不同截面轨道结构垂向温差日变化曲线ｃｈａｎｇｅｓｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎ现正温度梯度；１１：００道床板表面５０ｍｍＦｉｇ．４Ｄａｉｌｙ１７：００出ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓｏｆｔｒａｃｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅ以下仍是负温度梯度，１９：００道床板表面５０ｍｍ以下仍是正温度梯度，２１：００轨道结构上下温度平均２．３轨道结构日最大温差变化规律图５为通过分析具有代表性的２０１４年１月的．值趋于一致测数据获得的轨道结构冬季日最大正、负温差分（３）最大负温度梯度出现在０８：００左右，最大监 . θ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(8) . . . . . . . . . . . . . . . . . . θ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(11) 第３期杨荣山，等：ＣＲＴＳⅠ型双块式无砟轨道冬季温度场试验布道结构垂向最大正温差出现在１月２０日．轨

(12) 此时道床板表面温度（３个截面的平均值）１４：３０，为２３．４３ ℃ ，支承层底面温度为９．４３ ℃ ，最大温差为１４ ℃ ．轨道结构垂向最大负温差出现在１月２３日０８：００，此时道床板表面温度为２．７１ ℃ ，支承层底面温度为９．３８ ℃ ，最大温差为－６．６７ ℃ ．由图５可知，由于板边和板中与外界环境接触面不同（板边２个接触面，板中１个接触面），热辐射强度和热对流也不同，从而板中截面（截面Ⅱ）（ａ）冬季晴天的日最大正、负温差变化较板边截面（截面Ⅰ、Ⅲ）稳定．

(13). ４５７. θ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . θ. . . . . . . . . . . . . . . ｂ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . θ. . . . . . . . 季雨天（）冬 . . . . . . . . . . . . . ｃ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （ｂ）最大负温差图５轨道结构冬季日最大正、负温差分布. . . . . . 图６冬季不同天气情况下轨道结构平均最大正、负温差分布. Ｆｉｇ．５Ｍａｘｉｍｕｍａｎｄｍｉｎｉｍｕｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｆｔｒａｃｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｗｉｎｔｅｒ. 轨道结构日平均温差变化规律过对监测期间（１月）的天气进行统计，１个通月中有晴天８ｄ，阴天１７ｄ，小雨６ｄ，图６为冬季不．同天气轨道结构的平均最大正、负温差分布监测数据显示，轨道结构最大正温差均出现在右，最大负温差均出现在０８：００左右，板１４：３０左中截面温差变化比板边截面稳定天时轨道结构．晴最大正、负温差变化趋势比阴天和雨天明显，平均正温差晴天为１０．８８ ℃ ，阴天为７．０８ ℃ ，雨天为均负温差晴天为－４．７５ ℃ ，阴天为１．９３ ℃ ；平－４．２０ ℃ ，雨天为－３．２３ ℃ ．. . . . . . . ２．４ . . . . . . . . . . . . . . . . . . （）冬季阴天

(14). . . . . . . . . （ａ）最大正温差 . . . . . . . θ. θ. . Ｆｉｇ．６Ｍａｘｉｍｕｍａｎｄｍｉｎｉｍｕｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｆｔｒａｃｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｅａｔｈｅｒｓｉｔｕａｔｉｏｎｓｉｎｗｉｎｔｅｒ. ３ . 垂向温差模式. 对无砟轨道结构而言，温度梯度自道床板表面向下约２０ｃｍ深度范围内变化较大，道床板作为轨道结构的最上层结构物，受外界环境影响最大，因．此只研究道床板的垂向温度ＴＢ１０００２．３ — 路桥涵钢筋混凝土和预２００５《铁应力混凝土结构设计规范》规定了无砟无枕箱梁顶板沿梁高方向温差的计算公式：（１） θ′ ＝ θ′ ｅ，式中：θ′ 为沿顶板厚度方向的温差，℃ ；θ′ 为顶板 . α′ｙ. ｙ. ０. ｙ. ０.

(15) 西南交通大学学报第５０卷表面初始温差（可由沿梁高的温差计算而得），℃ ；图７为冬季道床板最大正、负温差拟合曲线沿梁高的温差系数（可根据板厚查表）；ｙ为沿（以平均温差作为板边截面温差）．截面 α ′为 Ⅰ和 Ⅲ的板厚方向的坐标（板面为原点），ｍ．晴天平均正、负温差、雨天和阴天平均正温差具有由此可知，对于无砟无枕箱梁顶板而言，其沿相似的拟合曲线．梁高方向（即垂向）的温差可按指数分布进行计通过对不同天气道床板的温差进行拟合，得到算于此，基于试验数据，剔除部分畸形点，对道成都地区冬季道床板垂向温差模式．鉴．床板沿板厚方向的温差进行指数拟合照式（１），通过对实测数据的分析，提出成．参４５８. θ. . . θ. . . . . . . . . . . . . . . . θ. . θ. .

(16) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . θ. . θ. .

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(20) . （ａ）最大正温差（ｂ）最大负温差图７冬季道床板最大正、负温差拟合曲线 . . Ｆｉｇ．７Ｆｉｔｔｉｎｇｃｕｒｖｅｓｏｆｍａｘｉｍｕｍａｎｄｍｉｎｉｍｕｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｆｔｒａｃｋｓｌａｂｉｎｗｉｎｔｅｒ. 都地区冬季不同天气道床板垂向温差拟合关系：（２） θ ＝ｋ θ ｅ，式中：θ 为沿道床板厚度方向的温差，℃ ；θ 为道床板表面相对板底的初始温差，℃ ；α 为沿道床板板厚的温差系数（曲线拟合得）；ｙ为沿道床板板厚方向的坐标（板面为原点），ｍ；ｋ为不同天气道床板表面相对初始温差的修正系数；ｋ为不同天气下沿道床板板厚的温差修正系数．由图７可知，道床板最大正温差拟合曲线为， θ板中＝１４．１２ｅ，（３） θ板边＝１４．７１ｅｋ２ αｙ. ｙ. １. ０. ｙ. ０. １. ２. ＋. －１３．６ｙ. ＋. －１２．９ｙ. 道床板最大负温差拟合曲线为， θ板中＝－５．４１ｅ，（４） θ板边＝－４．６５ｅ式（３）和（４）中：θ板边和θ板中分别为道床板板边和板中截面沿板厚方向的正温差，℃ ；θ板边和θ分别为道床板板边和板中截面沿板厚方向的负温差，℃ ；含义同式（２）．ｙ的温差修正系数取值见表１．根据式（２）～（４）和表１，即可计算冬季不同天气情况下沿道床板板厚方向不同深度处的垂向温差．－. －１４．３ｙ. ＋. －. －７．７ｙ. ＋. －. －. 表冬季不同天气下道床板垂向温差修正系数. １Ｔａｂ．１Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｖａｌｕｅｓｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｒａｃｋｓｌａｂｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｅａｔｈｅｒｓｉｔｕａｔｉｏｎｓｉｎｗｉｎｔｅｒ. 晴天阴天雨天温差类板边板中板边板中板边板中ｋｋｋｋｋｋｋｋｋｋｋｋ正温差０．８００．９９０．７８１．１３０．５９０．９８０．５７１．０２０．２７０．９１０．２４１．５９负温差０．７５１．０５０．８００．８３ — — — — — — — — 注．：阴天和雨天天气负温差的离散性较大，拟合优度Ｒ较小，不进行讨论１. . ４ . 温度场模拟. ２. １. ２. １. 根据双块式无砟轨道的结构特征，忽略对轨道结构温度影响不大的轨枕部分，建立了无砟轨道温度场的有限元模型，其中道床板和混凝土支撑层均采用可用于瞬态热分析的八节点Ｓｏｌｉｄ７０三维单元. . ２. １. ２. １. ２. １. ２. ２. 模拟．由实测数据可知，冬季试验场地内轨道结构基床的温度变化很小，因此模型中假定支承层底层．温度恒定轨道结构包括热传导、热对流和热辐射３种传热方式，以热对流和热辐射形式进入轨道中的热流，以热传导的方式向轨道内部传导，轨道结构的.

(21) 第３期杨荣山，等：ＣＲＴＳⅠ型双块式无砟轨道冬季温度场试验４５９长度和宽度方向均比厚度大，可近似假设为仅向厚值与实测值略有差异（约０．５ｈ），从图９可见，道道各结构层材料的导热性床度方向的一维热传导板表面及内部温度的数值模拟结果与实测值的．轨能差别不大，可近似将轨道结构简化为均质的半无变化趋势相同，但数值上有一定差异因在于，．原限体据上述假设，轨道结构的温度场可由均质２０１４年１月２０日是由雨天刚转为晴天，计算模型．根［］半无限体的一维热传导偏微分方程确定：中仅考虑了太阳辐射强度和大气温度，但未考虑湿、风速及其他环境因素ｔ）Ｋ  Ｔ（ｙ，ｔ）． Ｔ（ｙ，，（５）度＝ｃγ  ｙ ｔ式中：ｔ为时间，ｈ；Ｔ（ｙ，ｔ）为距道床板表面ｙ且时间为ｔ时的温度，Ｋ；Ｋ为混凝土导热系数，Ｗ／（ｍ· Ｋ）；混凝土的比热容，ｋＪ／（ｋｇ· 混凝土密度，ｃ为Ｋ）； ρ为１６. ２. ２. . . . . . . . . . . . （ａ）道床板表面 . . . . . . . . . . . . （ｂ）道床板内部道结构（道床板）温度计算值图９轨与实测值的比较Ｆｉｇ．９Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｔｅｓｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｔｒａｃｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ｔｒａｃｋｓｌａｂ）. 结论. 通过对成都地区试验场地内ＣＲＴＳⅠ型双块式无砟轨道１∶ １实体模型道床板和支承层温度的长期监测，并对具有代表性的２０１４年１月的测试数据进行分析，获得了成都地区冬季无砟轨道温度场的以下特性：（１）在太阳辐射和外界环境因素影响下，道床板表面温度变化较快；由于混凝土的热传导性能较差，随深度增大，温度变化幅值减小，不同深度处峰值出现滞后；板底温度峰值滞后于板面约４ｈ，支承层温度在冬季变化较缓慢．（２）冬季轨道结构最大正温差一般出现在１４：３０左右，此时出现最大正温度梯度，最大负温 . （ｂ）２０１４年１月２０日０８：００图８轨道结构内部温度云图（单位：℃ ）Ｆｉｇ．８Ｔｈｅｎｅｐｈｏｇｒａｍｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｔｒａｃｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ｕｎｉｔ：℃ ）. . . ５ . （ａ）２０１４年１月２０日１５：００. . . 为分析轨道结构内部温度场，假设各结构层均为完全均匀且各向同性的连续体，道床板和支撑层虑２种荷载，即太阳辐射接触良好，热传导连续．考引起的热辐射强度和大气温度与轨道结构之间的热对流，采用对流方式将上述荷载施加到轨道结构所有外表面上，即将太阳辐射强度和每时刻的大气温度施加到轨道结构外表面节点上．同时，基于试验测得的温度，采用线性插值方法对划分的每层实体单元赋予初始温度，设置支承．初层底面温度为恒定的初始温度始温度均取前一．试的轨道温度天２３：３０测温度场瞬态热分析时间步长为０．５ｈ，计算时间为２４ｈ．根据式（５）和文献［１７］，取混凝土导热系数为３．０Ｗ／（ｍ· 比热容为０．９５ｋＪ／（ｋｇ· Ｋ），Ｋ）．选取２０１４年１月２０日的温度进行分析，初始温度取１月１９日２３：３０的温度轨道结构内部．图８为温度（最大／小值）云图，图９为轨道结构（道床板）温度计算值与实测值的比较．图８可见，轨道结构内部温度最大值、最小从. θ. ｋｇ／ｍ．. θ. . . ３.

(22) 西南交通大学学报第５０卷ｎｅｗｃｏｎｃｒｅｔｅｐａｖｅｍｅｎｔａｎｄａｎｅｗｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄｆｏｒ差出现在０８：００左右，此时出现最大负温度梯度．ｃｏｎｃｒｅｔｅｆｒａｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ［Ｄ］．ＣｏｌｌｅｇｅＳｔａｔｉｏｎ，板中截面温差变化较板边截面稳定；受太阳辐射和：ＴｅｘａｓＡ＆ＭＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１９９６．其他环境因素影响，轨道结构垂向温度梯度呈现出［１０］Ｔｅｘａｓ时旭东，过镇海筋混凝土结构的温度场［Ｊ］．工．钢以日为单位的周期性变化．程力学，１９９６，１３（１）：３５４３．（３）冬季道床板温度沿深度呈指数变化，不同ＳＨＩＸｕｄｏｎｇ，ＧＵＯＺｈｅｎｈａｉ．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｏｆ天气下道床板垂向温差可用指数函数表示．ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ仅分析了成都地区冬季典型月份的情况，不同Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，１９９６，１３（１）：３５４３．地区、不同季节太阳辐射强度和外界环境因素均不［１１］孙国晨，关荣财，徐丰，等．钢混凝土叠合梁横截面同，轨道结构垂向温差分布也不尽相同．，２００６，２３（１１）：日照温度分布研究［Ｊ］．工程力学１２２１３８．参考文献：ＳＵＮＧｕｏｃｈｅｎ，ＧＵＡＮＲｏｎｇｃａｉ，ＸＵＦｅｎｇ，ｅｔａｌ．４６０. ［１］杨荣山，刘学毅道工程［Ｍ］．北京：人民交通出．轨版社，２０１３：９０９６．［２］何华武砟轨道技术［Ｍ］．北京：中国铁道出版．无社，２００５：７４８９．．温［３］班霞度作用下ＣＲＴＳⅡ型无砟轨道结构体系的性能分析［Ｄ］．长沙：中南大学土木工程学院，２０１２．．轨［４］车晓娟道板配筋对温度裂缝的影响分析［Ｄ］．成都：西南交通大学土木工程学院，２００７．．高［５］胡所亭速铁路预应力混凝土箱梁竖向温差效应京：中国铁道科学研究院铁道建筑研究研究［Ｄ］．北所，２００８．［６］刘学毅，赵坪锐，杨荣山，等运专线无砟轨道设计．客都：西南交通大学出版社，２０１０：理论与方法［Ｍ］．成１６１１６６．. Ｓｕｎｓｈｉｎｅｉｎｄｕｃｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｎｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎ. ｏｆ. ｓｔｅｅｌｃｏｎｃｒｅｔｅ. ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ. ［］. ｂｅａｍｓＪ．. ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２００６，２３（１１）：１２２１３８．［１２］朱伯芳体积混凝土温度应力与温度控制［Ｍ］．．大北京：中国电力出版社，１９９９：３０６３１８．．水［１３］龚召熊工混凝土的温控与防裂［Ｍ］．北京：中国水利电力出版社，１９９９：１５．［１４］ＸＵＹＬ，ＣＨＥＮＢ，ＮＧＣＬ，ｅｔａｌ．Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｆｆｅｃｔｏｎａｌｏｎｇｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｂｒｉｄｇｅ［Ｊ］．ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＣｏｎｔｒｏｌ＆ＨｅａｌｔｈＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，２０１１，１７（６）：６３２６５３．［１５］ＭＩＲＡＭＢＥＬＬＥ，ＡＧＵＡＤＯＡ．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｉｎｃｏｎｃｒｅｔｅｂｏｘｇｉｒｄｅｒｂｒｉｄｇｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９０，１１６（９）：. ２３８８２４０９．．连［７］赵坪锐，刘学毅续道床板温度应力计算方法及参１６．新［］张倩倩铺和硬化水泥混凝土路面温度场研究数分析［Ｊ］．铁道建筑，２００８（１１）：８１８５．［Ｄ］．北京：北京交通大学土木工程学院，２０１０．ＺＨＡＯＰｉｎｇｒｕｉ，ＬＩＵＸｕｅｙｉ．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄ［］李健，赵坪锐，万章博，等双块式无砟轨道温度场１７．ｐａｒａｍｅｔｅｒａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ试验研究与数值分析［Ｊ］．中国科学：技术科学，ｔｒａｃｋｓｌａｂ［Ｊ］．ＲａｉｌｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８（１１）：８１ ，（）：２０１４４４７７２９７３５．８５．ＬＩＪｉａｎ，ＺＨＡＯＰｉｎｇｒｕｉ，ＷＡＮＺｈａｎｇｂｏ，ｅｔａｌ．［８］景天然，严作人泥混凝土路面温度状况研究．水Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙａｎｄｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．同济大学学报，１９８０（３）：８８９８．ｆｉｅｌｄｏｆｔｗｉｎｂｌｏｃｋｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋ［Ｊ］．ＳｃｉｅｎｔｉａＳｉｎｉｃａＪＩＮＧＴｉａｎｒａｎ，ＹＡＮＺｕｏｒｅｎ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａ，２０１４，４４（７）：７２９７３５．ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｃｅｍｅｎｔｃｏｎｃｒｅｔｅｐａｖｅｍｅｎｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１９８０（３）：８８９８．（中、英文编辑：付国彬）［９］ＹＡＮＧＳｕｎｇｃｈｕｌ．Ａｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎ.

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