重载铁路弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力计算分析

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1、铁道建筑110ＲailwayEngineeringMarch，2015文章编号:1003-1995(2015)03-0110-05重载铁路弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力计算分析尤瑞林，王继军，杜香刚，刘海涛(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081)摘要:弹性支承块式无砟轨道结构整体弹性较好，有利于降低轮轨相互作用力并减缓对隧道基底的振动冲击，是重载铁路长大隧道内较为适宜的轨道结构形式。但弹性支承块式无砟轨道采用两个独立的弹性块体支承钢轨，其保持轨道几何状态，尤其是保持轨距的能力相对较弱。本文通过有限元模型计算，结合室内

2、相关试验结果，研究分析了重载条件下弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力的影响因素。结果表明:增大支承块的长度、宽度以及埋深，可减小支承块横向间距扩大、轨距扩大、钢轨转角和支承块转角;当支承块埋深不变时，增大支承块高度对轨距扩大、钢轨转角及支承块转角的控制不利;增大支承块套靴侧向刚度，可减小支承块横向间距扩大、轨距扩大、钢轨转角和支承块转角;增大轨下垫板刚度和支承块下垫板刚度，轨距扩大不断减小，但轨下垫板刚度的增加主要是降低钢轨转角，对支承块的几何状态影响不大，而支承块下垫板刚度的增加主要是降低支承块横向间距扩大，对钢轨转角的影响较小。关

3、键词:重载铁路弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力影响因素中图分类号:U213．6文献标识码:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2015．03．31目前，国内外重载铁路大都采用有砟轨道结构，随块相互之间无联系，其保持轨道几何状态，尤其是保持［3-5］着列车轴重和线路运量的提高，轨道的维修工作更趋轨距的能力相对较弱。本文结合室内相关试验结频繁，但繁忙的货运铁路，天窗兑现率越来越低，可用果，通过有限元模型计算，研究重载条件下弹性支承块于线路养护维修的时间较短，难以对线路病害进行及式无砟轨道轨距保持能力的影响因素，分

4、析其对于重时维修，尤其是在长大隧道内，有砟轨道结构养修作业载条件的适用性，为我国重载弹性支承块式无砟轨道更加困难。若在长大隧道内采用无砟轨道结构，则具结构的设计提供参考。有降低隧道净空，结构耐久性强，维修工作量少，维护1有限元模拟与室内试验费用低，轨道结构稳定性、连续性和平顺性好等优［1-2］点。我国正在研究编制的重载铁路设计规范中也1.1单节点实尺模型计算及室内试验推荐在长大隧道内采用无砟轨道结构。目前，国内外为准确计算不同荷载条件下弹性支承块式无砟轨应用的无砟轨道种类较多，经对比分析，弹性支承块式道结构轨距保持能力，本文建立有限

5、元模型(图1)进无砟轨道结构综合性能良好，在我国客货混运线路隧行分析，模型中钢轨、支承块、道床及下部基础均采用道内已有一定规模的应用，施工和养护维修方面已积实体单元模拟;扣件垂向及横向刚度采用弹簧单元模累了较多经验。从现场调研和国内外试验情况看，弹性支承块式无砟轨道结构整体状态较好，是重载铁路长大隧道内一种较为适宜的轨道结构形式。弹性支承块式无砟轨道由钢轨、扣件、道床板、混凝土支承块、支承块下橡胶垫板以及橡胶套靴组成，采用两个独立的弹性块体支承钢轨，由于两个弹性支承收稿日期:2014-05-20;修回日期:2014-09-10基金项

6、目:铁道部科技研究开发计划项目(2011G028-C)作者简介:尤瑞林(1986—)，男，安徽宿州人，助理研究员，硕士。图1单节点弹性支承块式无砟轨道有限元模型2015年第3期尤瑞林等:重载铁路弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力计算分析111拟;支承块与道床板之间为接触关系，其四周接触刚度根据室内试验实际工况，参考欧洲、澳大利亚以及为套靴的侧向刚度，底部接触刚度为块下橡胶垫板的我国扣件系统的相关试验方法拟定两种荷载方案。方刚度。另外，为更好分析垂向及横向荷载共同作用下案1采用高度为161mm的钢轨，两股钢轨上分别施［6-7］钢轨倾翻对

7、轨距变化的影响，在钢轨轨底两侧弹条扣加比值为1∶0.5的垂向与横向荷载，如图2(a)所压点位置建立非线性弹簧单元，在钢轨倾翻过程中通示。方案2采用高度为100mm的钢轨，两股钢轨上［8］过两侧弹簧单元受力方向的变化来模拟弹条的扣压力分别施加比值为1∶1的垂向与横向荷载，如图2(b)及轨下垫板的刚度。所示。图2两种荷载方案弹性支承块式无砟轨道轨距变化主要是由于支承加载方案下轨道结构轨距保持能力相关指标的试验及块横向间距变化、钢轨以及支承块倾翻等引起。两种计算结果分别见表1和表2。表1单节点实尺模型加载方案1试验及计算结果对比60kN1

8、20kN180kN参数试验值计算值试验值计算值试验值计算值轨距扩大/mm2.812.805.184.866.956.71支承块横向间距扩大/mm0.500.780.851.241.041.60北侧0.008550.015180.020