预应力BFRP筋混凝土轨枕静载力学特性与分析
曲玉福1，庄扬波2，郑文博3，井国庆3
（1. 武汉铁路职业技术学院，武汉 430205； 2. 东南大学材料科学与工程学院，南京 211189；
3. 北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044）
摘要：为解决传统预应力混凝土轨枕中钢绞线长期耐久性不足及影响轨道电路绝缘性等问题，提出采用预应力玄武岩纤维增强复合材料（BFRP）筋替代钢绞线，并针对BFRP筋线弹性、低模量、粘结弱等特点，通过粘结型锚具成功实现高应力张拉，设计两种不同预应力水平（BFRP筋极限强度的25%与50%）的BFRP筋混凝土轨枕，并通过通电测试验证了BFRP筋轨枕的绝缘性能。采用三点弯曲静载试验，系统研究轨枕在轨下正弯矩与枕中负弯矩作用下的破坏模式、荷载-挠度关系、裂缝发展规律，并基于ABAQUS建立了三维有限元模型，对试验现象进行模拟与机理分析。试验结果表明：预应力BFRP筋轨枕发生剪压破坏，荷载-挠度曲线呈双线性特征，无屈服阶段；其中预应力水平较高的BFRP-1轨枕开裂荷载与极限承载力均优于传统Ⅲ型钢绞线轨枕；预应力有效延缓了裂缝发展，裂缝宽度与荷载近似呈线性增长。有限元模拟结果与试验数据吻合良好，验证了模型在预测破坏模式与受力变形方面的可靠性。本研究证实了预应力BFRP筋轨枕在静载下具备良好的力学性能与绝缘优势，为解决轨枕耐久性与电路兼容性问题提供了新的技术途径，为其工程化应用奠定了试验与理论基础。
关键词：铁路轨枕；BFRP筋；抗弯性能；预应力；数值模拟
中图分类号: U213.3 文献标识码: A DOI: 10.13238/j.issn.1004-2954.202601010001