随着我国铁路大规模发展和深入推进,高速铁路建设取得了很大进展,高速铁路的建设进入了一个全面发展、快速建设的新阶段。高速铁路在迅速发展的同时也带来了问题和挑战,由于在设计和建造过程中对复杂条件下无砟轨道性能变化研究不足,国内多条线路在运营过程中出现了一定程度的病害现象,例如混凝土底座开裂、轨道板开裂、板中隆起、板端翘曲、填充层剥离、碎裂等,严重影响了高速铁路运行的安全。随着早期建设的无砟轨道结构服役期的增长,结构维修养护任务凸显出来,因此无砟轨道结构病害的分析和研究意义重大。本文在总结前人研究和应用成果的基础上,依托高铁联合基金项目“基于可靠度的高速铁路无砟轨道全寿命设计理论与方法研究”重大课题,以京沪高速铁路CRTS II型板式无砟轨道结构为研究对象,采用理论分析、数值模拟、现场试验和病害调研等手段对无砟轨道结构开展了以下研究工作:首先,利用计算机有限元软件ABAQUS,从模型、材料、荷载作用、边界条件精细化考虑精细化模型的建立方法,分别建立路基和桥梁基础上的无砟轨道结构精细化模型;其次,根据Fourier热传导方程,利用传热学基本理论分析轨道板内温度场分布规律,并针对影响无砟轨道结构温度场的温度作用提出相应的建议取值;再次,基于前文建立的无砟轨道结构精细化模型,运用温度应力的基本理论,分别对均匀降温和温度梯度作用下CRTS II型无砟轨道结构的应力和位移展开研究;然后,在既有无砟轨道结构温度效应计算方法的基础上,重点对由均匀降温引起的轨道板横向裂缝进行研究,通过建立无砟轨道结构均匀降温下的开裂模型,考虑配筋、板底摩擦(CA砂浆层)以及钢筋混凝土粘结对板的收缩变形的约束作用,对裂缝形成机理、影响因素进行分析;最后,根据前文理论分析和数值模拟的结果,并结合无砟轨道运营阶段病害现场调研情况,提出针对温度作用下CRTS II型板式无砟轨道结构横向裂缝的设计建议和养护维修措施。研究结果表明:轨道结构温度场沿深度方向变化是非线性的,混凝土收缩可按等效降温的方法计算,我国应提出适合实际气候、地形等的温度梯度建议值;无砟轨道在均匀降温、正温度梯度和负温度梯度作用下分别出现低温开裂、板中拱起和板角翘曲,预设裂缝处为结构的薄弱位置;无砟轨道结构设计参数的变化对横向裂缝分布有较大影响;横向温度裂缝可分别在设计、施工和养护维修阶段采取相关措施进行控制。