石太客运专线板式无碴轨道参数影响分析
发表时间:2007-12-25  作者: 管吉波 闫红亮 刘玉祥    来源: 万方数据
关键字: 客运专线 无碴轨道 梁-板模型 力学计算 参数分析 

石太客运专线作为国内唯一一条集高速客运与重载货运于一体的客运专线,将首次大规模铺设板式无碴轨道,而当前国内尚没有形成规范的无碴轨道计算理论,因此需深入研究板式无碴轨道受力规律,以保证设计经济、合理。采用有限元理论,建立了板式无碴轨道的梁—板模型,应用大型有限元工具软件A9BCB 对模型进行求解。

    如图2所示,应用有限单元理论建立板式无碴轨道结构的整体模型:钢轨采用弹性点支承梁模拟;扣件采用线性离散弹簧模拟;轨道板采用板单元进行模拟;CA砂浆调整层采用实体单元模拟;底座采用弹性地基板模拟,以反映下部基础对轨道结构的支承作用;地基系数采用k30进行计算。

    为消除边界效应,模型选取3块相邻的轨道板进行计算,并以中间轨道板作为主要研究对象。计算时,采用大型工具软件ansys进行模型求解。

    2.3 基本计算参数

    根据板式无碴轨道结构特点,选取基本计算参数如表1所示。

3 板式无碴轨道参数影响分析

    为获得最优的轨道结构,采用有限元梁—板模型研究了主要参数对轨道结构各组成部分力学响应的影响规律。如果没有特殊说明,荷载作用于板中,CA砂浆弹性模量取300MPa,其它基本参数同表1,计算结果中轨道板或底座弯矩均为每米范围所受的弯矩值,单位取KN·m/m。

    3.1 荷载作用位置

    根据试算,荷载作用于板中和板端两个位置时轨道结构受力为最不利情况,因此选取这2种工况进行研究。由表2可知,荷载作用于板中时,轨道板纵向正弯矩、底座纵横向负弯矩较大;荷载作用于板端时,轨道板纵向负弯矩、轨道板横向正负弯矩、CA砂浆最大反力以及底座横向纵横向正弯矩较大。设计中,应该综合考虑这两种荷载作用工况下的最大值。

    3.2 扣件刚度

    扣件刚度分别采用20KN/mm、40KN/mm、60KN/mm、80KN/mm进行分析。由表3可知,轨道板和底座的弯矩以及CA砂浆最大反力都随着扣件刚度的增大而增大,但是当扣件刚度大于40KN/mm时,随着扣件刚度增大,轨道板和底座的弯矩变化趋缓,底座的横向负弯矩当扣件刚度大于60KN/mm时反而有所减小。

    3.3 轨道板宽度

    轨道板宽度分别采用2.0m、2.2m、2.4m、2.6m、2.8m进行分析。

    由表4可知,随着轨道板宽度的增大,轨道板纵向弯矩逐渐减小;轨道板横向正弯矩当轨道板宽度小于2.4m时随轨道板宽度的增大而增大,当轨道板宽度大于2.4m时随轨道板宽度的增大而减小;轨道板横向负弯矩当轨道板宽度小于2.2m时随轨道板宽度的增大而减小,当轨道板宽度大于2.2m时随轨道板宽度的增大而增大;CA砂浆反力当轨道板宽度小于2.4m时随轨道板宽度的增大而减小,当轨道板宽度大于2.4m时变化不明显;随着轨道板宽度的增大,底座纵横向正弯矩均逐渐减小,纵横向负弯矩变化不明显。

    轨道板宽度为2.0m时,各别力学指标明显偏大,说明轨道板不宜太窄,同时可以看到轨道板宽2.2~2.4m是力学指标变化的一个转折点,因此结合力学计算及结构设计,从技术经济角度综合分析,轨道板宽度取2.2~2.4m是合适的。


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责任编辑:余婷