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      路基地段 CRTSⅢ型板式無砟軌道力學(xué)特性研究

      2014-11-09 11:46:26王漢民
      山西建筑 2014年30期
      關(guān)鍵詞:彎曲應(yīng)力扣件底座

      王漢民

      (鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300142)

      1 路基地段CRTSⅢ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)

      路基地段CRTSⅢ型板式無砟軌道由鋼軌、彈性扣件、軌道板、自密實(shí)混凝土層、隔離層以及具有限位結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土底座等部分組成。

      1.1 各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)

      1)扣件動剛度按1.5倍靜剛度,即50kN/mm取值。2)軌道板寬度為2500mm,厚度為200mm,其混凝土強(qiáng)度等級為C60。3)自密實(shí)混凝土寬度為2500mm,厚度為90mm,其混凝土強(qiáng)度等級為C40。4)底座板寬度為3 100mm,厚度為300mm,其混凝土強(qiáng)度等級為C35。5)路基支承面剛度按76MPa/m取值。

      1.2 三維“梁—板”有限元分析模型

      在列車荷載作用下,路基地段CRTSⅢ型板式無砟軌道受力分析采用“梁—板”模型:鋼軌看做梁單元,扣件看做點(diǎn)支承彈簧單元。計(jì)算時(shí)將軌道板與自密實(shí)混凝土層看作“復(fù)合板”,采用板單元模擬。底座板按彈性地基板單元來模擬,支承剛度按相應(yīng)下部基礎(chǔ)的支承剛度考慮。自密實(shí)混凝土層與底座之間的相互作用采用彈簧單元模擬。建立模型如圖1所示。

      2 各種工況下軌道板、底座板受力規(guī)律

      2.1 軌道板參數(shù)變化

      2.1.1 軌道板厚度變化

      軌道板厚度是CRTSⅢ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)層的重要參數(shù),在列車荷載作用下,軌道板和底座板的彎矩如圖2,圖3所示。

      圖2 軌道板厚度變化對縱向彎矩的影響

      圖3 軌道板厚度變化對橫向彎矩的影響

      軌道板厚度越大,軌道板的縱、橫向彎矩越大,變化規(guī)律基本呈線性關(guān)系,軌道板厚度由0.16m增加至0.24m時(shí),軌道板縱向正、負(fù)彎矩,橫向正、負(fù)彎矩分別增加了 117.7%,138.1%,79.5%,115.4%,軌道板厚度變化對軌道板縱、橫向彎矩影響敏感;底座板縱、橫向正彎矩隨著軌道板厚度增加而減小,變化幅度不大,底座板縱、橫向負(fù)彎矩隨著軌道板厚度增加而略有增大。

      軌道板厚度增加引起軌道板彎矩增大,同時(shí)截面增大,軌道板的彎曲應(yīng)力反而略有減小,軌道板厚度由0.16m增加至0.24m時(shí),軌道板縱、橫向彎曲應(yīng)力,底座板縱、橫向彎曲應(yīng)力分別減小了 3.2%,20.2%,17.9%,30.7%,軌道板縱向彎曲應(yīng)力降低幅度最小(見圖4)。

      2.1.2 軌道板寬度變化

      隨著軌道板寬度的增加(保證荷載擴(kuò)散角的要求),軌道板、底座板縱向彎矩減小,橫向彎矩增大,軌道板寬度對底座板橫向彎矩較為敏感(見圖5,圖6)。

      圖4 軌道板厚度變化對彎曲應(yīng)力的影響

      圖5 軌道板寬度變化對縱向彎矩影響

      2.2 底座板結(jié)構(gòu)尺寸

      2.2.1 底座板厚度

      保持其他參數(shù)不變,改變底座板厚度,在列車荷載作用下,軌道板和底座板的彎矩如圖7,圖8所示。

      圖6 軌道板寬度變化對橫向彎矩影響

      圖7 底座板厚度變化對縱向彎矩的影響

      底座板厚度越大,軌道板縱、橫向彎矩越小,基本呈線性變化,底座板厚度由0.26m增加至0.34m時(shí),軌道板縱向正、負(fù)彎矩,橫向正、負(fù)彎矩分別減小了 22.5%,35.7%,22.9%,32.0%;底座板縱、橫向正彎矩隨著底座板厚度增加而增大,底座板縱向彎矩增幅約54.0%,底座板橫向彎矩增幅約30.0%,底座板厚度變化對底座板縱向彎矩影響敏感。

      底座板厚度增加引起底座板彎矩增大,但由于截面加大,底座板的彎曲應(yīng)力略有減小,底座板厚度由0.26m增加至0.34m時(shí),軌道板縱向、橫向彎曲應(yīng)力分別減小22.5%和22.9%;底座板縱向、橫向彎曲應(yīng)力分別減小10.0%和24.0%(見圖9)。

      圖8 底座板厚度變化對橫向彎矩的影響

      圖9 底座板厚度變化對彎曲應(yīng)力的影響

      2.2.2 底座板寬度

      底座板寬度增加,軌道板、底座板縱向彎矩減小,變化幅度較小約3%,橫向彎矩有所增大約8%,底座板彎矩變化幅度大于軌道板(見圖10,圖11)。

      圖10 底座板寬度變化對縱向彎矩影響

      圖11 底座板寬度變化對橫向彎矩影響

      2.3 扣件剛度

      扣件剛度由30kN/mm增加到70kN/mm,軌道板、底座板的縱、橫向彎矩均增大。軌道板縱向彎矩、橫向彎矩分別增大約18.8%,18.3%,底座板縱、橫向彎矩增大約 17.6%,15.1%??奂偠茸兓瘜壍腊鍙澗赜绊懘笥趯Φ鬃逵绊?,對縱向彎矩影響大于橫向彎矩的影響,二者增幅相差較小(見圖12,圖13)。

      2.4 路基面支承剛度

      路基面支承剛度由50MPa/m增加到400MPa/m時(shí),軌道板縱、橫向彎矩,底座板縱、橫向彎矩均有所減小,軌道板縱、橫向彎矩減小 42.2%,8.7%,底座板縱、橫向彎矩減小 55.0%,14.8%,路基面支承剛度對縱向彎矩影響明顯大于對橫向彎矩影響,對底座板縱向彎矩影響最大(見圖14,圖15)。

      圖12 扣件剛度變化對縱向彎矩影響

      圖13 扣件剛度變化對橫向彎矩影響

      圖14 路基面支承剛度變化對縱向彎矩影響

      圖15 路基面支承剛度變化對橫向彎矩影響

      3 結(jié)語

      1)軌道板厚度增加,軌道板彎矩增大明顯,底座板彎矩略有減小;軌道板縱、橫向彎曲應(yīng)力,底座板縱、橫向彎曲應(yīng)力分別減小了 22.5%,22.9%,10.0%,24.0%,底座板縱向彎曲應(yīng)力降低幅度最小。2)軌道板寬度增加(保證荷載擴(kuò)散角的要求),軌道板、底座板縱向彎矩減小,橫向彎矩增大,軌道板寬度對底座板橫向彎矩較為敏感。3)底座板厚度越大,軌道板縱、橫向彎矩越小,基本呈線性變化;底座板縱、橫向正彎矩隨著底座板厚度增加而增大,增幅明顯,底座板厚度變化對底座板縱向彎矩影響敏感。軌道板、底座板的彎曲應(yīng)力略有減小。4)底座板寬度增加,軌道板、底座板縱向彎矩略微減小,橫向彎矩有所增大,底座板彎矩變化幅度大于軌道板。5)扣件剛度增加,軌道板、底座板的縱、橫向彎矩均增大,扣件剛度對軌道板縱向彎矩影響最大。6)路基面支承剛度增加,軌道板縱、橫向彎矩,底座板縱、橫向彎矩均有所減小,路基面支承剛度對縱向彎矩影響明顯大于對橫向彎矩影響,對底座板縱向彎矩影響最大。

      [1]王成曉.CRTSⅢ型板式無砟軌道力學(xué)特性研究[D].北京:北京交通大學(xué),2011.

      [2]張麗平.橋上CRTSⅢ型板式無砟軌道動力學(xué)性能分析[D].成都:西南交通大學(xué),2011.

      [3]趙坪銳.板式無砟軌道動力學(xué)性能分析與參數(shù)研究[D].成都:西南交通大學(xué),2003.

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