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1、弹性长枕无砟轨道长枕稳定性研究杨俊斌:弹性长枕无砟轨道长枕稳定性研究?51?弹性长枕无砟轨道长枕稳定性研究杨俊斌(西南交通大学峨眉校区土木工程系,四川峨眉614202)摘要:建立了弹性长枕无砟轨道结构的有限元模型,分析了长枕埋深,橡胶套靴及微孔橡胶垫板的刚度变化对弹性长枕的竖向位移,横向位移及自振频率的影响.结果表明:弹性长枕埋深的变化对长枕竖向,横向位移的影响不明显.橡胶套靴,微孔橡胶垫板的刚度变化对长枕横向位移影响不明显,而对竖向位移影响较大.长枕埋深的变化,使得长枕低阶频率较高阶频率敏感;长枕周向支承
2、刚度的变化,使得长枕高阶频率较低阶频率敏感;长枕竖向支承刚度的变化对长枕自振频率影响不明显.关键词:弹性长枕轨道;长枕;参数研究;有限元;自振频率中图分类号:U213.244文献标志码:A文章编号:1003—8825(2011)03—0051—030引言弹性长枕无砟轨道,是在弹性短枕无砟轨道(即弹性支承块式无砟轨道)的基础上,发展起来的一种新型而具有良好减震降噪功能的无砟轨道.这种新型轨道结构与弹性短枕无砟轨道在结构上的最大区别在于:双块式轨枕被改进为长轨枕(长度为2.5m);长枕由橡胶套靴与微孑L橡胶垫板
3、组成的弹性层包裹起来"嵌入"道床板上预留的凹槽中;道床板上设置中央排水沟,长枕中部底面无支承.参考乌鞘岭隧道内的弹性短枕无砟轨道的几何尺寸及III型轨枕几何尺寸,弹性长枕无砟轨道结构具体尺寸如图1.长枕两端周向各有三个面被厚度为7mm的橡胶套靴包裹,为长枕提供周向支承刚度;长枕底部由厚度分别为7mm的橡胶套靴(主要起隔离作用)和5mill的微孑L橡胶垫板(置于橡胶套靴之上)组成的双层结构组成,为长枕提供竖向支承刚度.收稿日期:201O～04一O1基金项目:西南交通大学峨眉校区科学研究基金(20080103)
4、;西南交通大学青年教师百人计划资助项目作者简介:杨俊斌(1979一),男,陕西宝鸡人.讲师,硕士,从事轨道工程教学与研究.E—mail:bingo杨俊斌<yjb一1124@163.eom弹性长枕无砟轨道弥补了弹性短枕无砟轨道的轨枕块稳定性差,橡胶套靴内部积水无法排出,轨枕块自重不足抵抗扣件上拔力等缺点,又保留了轨道结构良好的弹性性能.具有较好的推广价值.目前,弹性长枕无砟轨道结构中长枕的埋深,橡胶套靴与微孔橡胶垫板刚度的匹配对长枕稳定性的影响尚未明确.为此本文对弹性长枕的稳定性进行分析研究.1有限元模
5、型及参数建立包括钢轨,轨枕,扣件,道床板,橡胶套靴及微孔橡胶垫板的弹性长枕无砟轨道有限元分析模型,如图2.模型中钢轨,轨枕,道床板均离散为三维实体单元,长枕横截面简化为长与高分别为300,200mm的矩形截面;扣件系统离散为三维弹簧单元;橡胶套靴,微孔橡胶垫板及路基刚度均离散为二维弹簧单元.计算中,沿线路中心线为轴,取其一半作研究对象.图2弹性长枕轨道有限元分析模型1.1轨道结构参数采用CHN60钢轨,弹模2.1×10MPa,密度?52?路基工程SubgTadeEngineering2011年第3期(总第1
6、56期)7800kg/113;采用C50轨枕,密度2500kg/m,弹模3.5×10MPa,密度2500kg/m,轨枕1680根/kin;扣件的竖向,纵向,横向支承刚度分别为60,50,40kN/mm;采用C40道床板,厚度0.40m,宽度3.0m;路基竖向支承刚度95MPa/m.1.2荷载参数竖向荷载采用300kN的单个集中荷载,作用于模型中间钢轨顶面的中心节点上;横向荷载50kN…,作用于模型中间钢轨内侧距顶面16mm的节点上;纵向荷载为扣件最大阻力值20kN,作用于模型中间钢轨轨底面中央节点上.1.3
7、计算结果的处理长枕的稳定性包括长枕的位移与自振频率.长枕位移,是以每个方向的最大位移为研究对象,在荷载组合作用下,轨枕沿线路纵向位移非常小(计算知,长枕无论是沿长边还是沿短边的纵向位移值最大不足10in),在分析中不考虑轨枕沿线路的纵向位移对轨枕稳定性造成的影响,只考虑长枕竖向,横向最大位移.2长枕埋深对其位移的影响分析为便于对长枕,橡胶套靴及微孔橡胶垫板进行维修,长枕顶面要凸出道床板一定高度,参考弹性短枕轨道轨枕块顶面高于道床板顶面5em左右,文中取长枕埋深分别为130,145,155mm三种情况进行分析
8、.以长枕周向刚度6000kN/mm/m,竖向刚度100kN/mm为条件,分析长枕三种不同埋深的横,竖向位移变化规律,结果如图3.一1.5O一1.00登_【).50O.0o周向刚度为6000kN/mm/m竖向刚度为100kN/mm十竖向位移横向位移130145155埋深/ram图3埋深对稳定性的影响由图3可知,长枕三种埋深的横,竖向位移,随埋深增加而减少均不明显,相对而言,竖向位移较横向位移减少的幅度大.当埋深由1
