密级配沥青混凝土作为基床防水封闭层具有防水、减振、适应变形、施工方便等特点,目前在国内高速铁路轨道结构中已有少量的试验段应用。目前关于沥青混凝土基床表层的研究主要关注其在荷载作用下的力学响应和防排水效果,而沥青混凝土在低温环境下呈现脆性特征,易出现开裂现象,故有必要对全断面沥青混凝土层在低温环境下的温度场分布和温度应力场分布进行研究,为含断面沥青混凝土层的板式无砟轨道结构的设计优化提供支持。首先,基于温度场理论,确定轨道结构温度场的边界条件,并结合京张高铁的轨道结构特征,利用ABAQUS有限元软件,建立含全断面沥青混凝土层的板式无砟轨道结构的温度场数值分析模型,利用郑-徐客运专线中试验段对沥青混凝土层内温度的监测数据,验证所建温度场模型的可靠性。其次,结合京张高铁所在地区的历史气象资料,利用轨道结构温度场模型分析结构在低温天气下的温度场分布规律,考虑不同太阳辐射、不同风速、不同季节天气对轨道温度场的影响。最后,基于热-结构耦合法,建立含全断面沥青混凝土层的板式无砟轨道结构的温度应力场数值分析模型,分析底座板下部分沥青混凝土在最不利负温度梯度下的应变分布规律,考虑沥青混凝土层不同厚度、不同线收缩系数以及在底座板与沥青混凝土层间设置不同长度“滑动区”对其应变分布的影响,对此轨道结构的设计优化提出建议;利用正交法对不同因素下底座板下沥青混凝土层的表面应变值进行了回归拟合,提出了应变的简化计算模型。研究表明:利用有限元软件进行结构温度场的模拟具有良好的可靠性;低温环境下,路肩与线间部分沥青混凝土层温度变化与气温变化规律相同,而底座板下部分温度变化不大,且单日内环境变化对结构温度影响主要在0.4m深度范围内;太阳辐射和风速主要对路肩与线间部分沥青混凝土层的温度有较大影响,而对底座板下部分影响甚微,不同季节下单日环境变化对结构温度变化深度影响不大。最不利负温度梯度下,上部轨道结构会发生翘曲变形,底座板下部分沥青混凝土层在底座板伸缩缝处存在“应变集中”现象,为该结构的薄弱环节;沥青混凝土层的厚度和线收缩系数的改变对集中应变的衰减作用不大,在底座板伸缩缝处设置“光滑区”可以明显减小集中应变的幅值;本文建议在底座板伸缩缝处两侧设置1-2m的土工合成材料或应力吸收层。