无砟轨道钢轨碎弯成因分析

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1、铁道建筑2009年第2期RailwayEngineering93文章编号：1003．1995(2009)02．0093—04无砟轨道钢轨碎弯成因分析肖杰灵，郭利康，刘学毅(西南交通大学土木工程学院，成都610031)摘要：对无砟轨道无缝线路钢轨碎弯成因进行了分析，认为钢轨纵向温度力、线路横向阻力和钢轨初始弯曲是影响轨条臌曲的主要因素。应用有限单元法建立了包括道床、扣件的钢轨碎弯分析模型，讨论了初始曲线线型及参数、升温幅度、轨道类型和线路阻力等对轨条碎弯幅值的影响。计算表明碎弯是无砟轨道无缝线路胀轨的表现，应严格控制初始弯曲和保证扣件横向阻力稳定，防止形成严重的轨条碎弯，影响

2、行车安全。关键词：无砟轨道无缝线路钢轨碎弯中图分类号：U213．2文献标识码：A2006年我国首次在遂渝线铺设了无砟轨道试验量转移，以胀轨或纵向爬行等形式表现出来。碎弯的段，运营一年多发现试验段内多处出现钢轨碎弯，主要出现部分释放了轨条内的温度压力，储存的部分能量表现为无缝线路在高温季节出现波长0．3—0．6m的将转化为纵向爬行、臌曲、扣件阻力和阻矩等变形能，横向不平顺，且不易消除。钢轨存在碎弯容易激发机实现新的平衡。轨条的升温幅度，即轨条储存能量的车车辆蛇行运动，严重影响到行车平稳性、舒适性和安大小影响和决定着碎弯的形成和发展。全性。分析碎弯的产生机理和作用规律，对抑制线

3、路1．2线路横向阻力病害发展，确保无砟轨道线路的稳定性，保证行车安全线路横向阻力是抵抗线路横向变形的主要方面，和舒适具有特殊意义。通常包括扣件横向阻力和道床横向阻力。一般有砟轨道扣件横向阻力大于道床阻力，当道床阻力成为控制1钢轨碎弯成因分析阻力时，轨道容易出现框架失稳；无砟道床整体性强，无砟轨道整体性强，一般认为应该不存在线路失其横向阻力远大于扣件阻力，线路框架失稳难以发生，稳的问题，但扣件为满足横向刚度和轨距调节能力，允随着轨温升高，轨条臌曲增长，扣件将呈近似刚性的横许一定程度的轨条横移，当温度力过大或扣件工作状向约束，不会进一步发展成轨条失稳，而是以一种碎弯态不良时，轨

4、条在有初始弯曲等缺陷的区段可能会出的状态维持平衡。扣件横向阻力比较复杂，与扣件类现臌曲变形。由于受到无砟道床和扣件阻力增大的制型、结构构造、生产工艺、施工质量和稳定性等密切相约，这种膨曲不会发展到轨条失稳，而始终处于胀轨状关，宜根据现场情况测试确定。态，形成钢轨碎弯。轨条内的纵向温度力、线路横向阻1。3钢轨初始弯曲力和钢轨初始弯曲成为影响无砟轨道碎弯的主要因素。钢轨初始弯曲是轨道框架失稳的诱因，是引起钢1．1钢轨纵向温度力轨碎弯的源头。按照能量的平衡与转移规律，钢轨升轨条的屈曲、胀轨与纵向温度力的作用密切相关。温后能量最易在出现薄弱环节的地方转移，轨条平顺随着轨温的变化，无

5、砟轨道无缝线路内存在着巨大的性的先天不足成为诱发碎弯的主要因素。新轨对初始温度应力，以能量的形式储存于轨条内，当轨条存在初弯曲有严格的要求，但限于生产工艺、运输、铺设等多始弯曲或受到非均匀的纵、横向阻力作用，就会发生能方面的原因，钢轨发生弹性或塑性的初始弯蓝是一种无法完全避免的客观存在。收稿日期：2008．10．21；修回日期：2008．11-202碎弯分析模型基金项目：国家863计划项目(2007AA11Z129)；铁道部科技研究开发计划项目(2003G059)；西南交通大学创新团队培育计划资助项无缝线路的胀轨跑道是一种无穷维的曲线⋯，目目(20071RT06)。前我国主

6、要采用解析法，半波正弦型假设，如统一公作者简介：肖杰灵(1978一)，男，湖南泪罗人，助教，博士研究生。式、波长不等公式等，近年有限单元分析模型的探讨。铁道建筑February，2009由于有限元模型是一个多自由度的模型，不需预设变面采用有限单元法建模分析碎弯的形成规律。形的规律(这种假设实质是加强了模型的边界条件)，2．1有限单元法建模可以任意假设初始弯曲曲线，可以设置各种非线性阻根据无砟轨道轨条的纵、横向受力与约束关系，建力等，具有广泛适应性。考虑到无砟轨道结构复杂，下立图1所示的有限元分析模型。尸f·●————一注：表示线路纵向，y表示线路横向；P。表示钢轨温度力。图

7、1钢轨碎弯有限元分析模型模型视钢轨、轨道板(道床板)为具有拉弯特性的3计算参数取值2维梁单元，视扣件为具有纵、横向阻力和平面阻矩的弹簧单元；视轨道板板端阻力和板下阻力为弹簧约束，3．1扣件横向阻力忽略轨道板(道床板)以下基础的横向变形，视为刚性。3．1．1扣件横向阻力特性分析钢轨和轨道板分别以扣件节点划分单元。遂渝线无砟轨道试验段主要采用了wJ．7型无挡钢轨单元i位移为肩扣件，常阻力匹配下弹条扣压力约为9kN，横向抗H={，Y“，，(。+1)，Y(。+1)，(+1)}力5OkN，依靠铁垫板的椭圆孔实现无级调距。正常