维普资讯 http://www.cqvip.com 第２１卷第２期 石家庄铁道学院学报（自然科学版） ｖ。１．２１ Ｎ。．２ ２００８年６月ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＨＩＪＩＡＺＨＵＡＮＧ ＲＡＩＬＷＡＹ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ（ＮＡＴＵＲＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ） Ｊｕｎ．２００８ 路基上双块式无砟轨道结构的参数影响分析 石现峰。，李建斌 ，安蕊梅。 （１．石家庄铁道学院土木工程分院，河北石家庄０５００４３；２．河北省教育考试院，河北石家庄０５００９１） 摘要：针对路基上双块式无砟轨道的结构形式，建立钢轨一扣件一轨下垫板一双块式轨枕一道床 板一混凝土底座一弹性基础的有限元分析模型，应用大型国际通用有限元分析软件ＡＢＡＱＵＳ，对比 分析不同的扣件刚度、不同的支承层厚度以及支承层弹性模量的变化对于路基上双块式无砟轨 道结构的影响，为我国无砟轨道的结构设计和工程实践提供依据。 关键词：路基；双块式无砟轨道；参数；影响 中图分类号：Ｕ２１３．２－４－４４文献标识码：Ａ文章编号：１６７４—０３００（２００８）０２—０００１—０４ １ 引言 高速铁路是以全新技术装备的、全新类型的现代铁路，建设高速铁路已成为世界铁路发展的总趋势。 我国目前将大规模地建设高速铁路客运专线，据中长期铁路网规划，到２０２０年我国将建成“四纵四横”快 速客运通道及三个区域城际快速客运系统 。由于无砟轨道具有养护维修工作量小、刚度均匀性好、几 何形位保持能力强、耐久性好等特点，我国客运专线轨道结构均以无砟轨道为主。但是由于我国无砟轨 道铺设的数量少、时间短，在设计理论方面还缺乏成熟完善的系统规范，工程实践经验尚不丰富。针对路 基上双块式无砟轨道的结构形式，建立钢轨寸口件一轨下垫板一双块式轨枕一道床板一混凝土底座一弹性基础的 有限元分析模型，应用大型国际通用有限元分析软件ＡＢＡＱＵＳ，对比分析不同的扣件刚度、不同的支承层 厚度以及支承层弹性模量的变化对路基上双块式无砟轨道结构的影响，为我国无砟轨道结构的设计和施 工提供依据。 ２计算模型和计算参数 路基上双块式无砟轨道系统主要由钢轨、高弹性扣件、改进的带有桁架钢筋的双块式轨枕、道床板及 道床板下水硬性支承层组成 Ｊ，计算模型中钢轨采用弹性点支承梁模型，扣件采用三向弹簧模拟，其竖向 刚度采用５０ ｋＮ／ｍｍ，问距为６５０ ｍｍ。道床板与底座板由于其在厚度方向上的尺寸远小于长度和宽度方 向上的尺寸，符合弹性薄板的结构特点，采用板壳单元进行模拟。道床板弹性模量为３４ ０００ ＭＰａ，厚度为 ０．２４ ｍ，宽度为２．８ ｍ，长度为１５．５ ｍ。为消除边界效应，模型选取三块道床板进行计算，以中间单元板作 为研究对象。支承层弹性模量为１５ ０００ ＭＰａ，厚度为０．３０ ｍ，宽度为３．４ ｍ。动轮载参照《客运专线无碴 轨道设计指南》 ，取为３００ ｋＮ。 ３计算结果及分析 ３．１ 扣件刚度变化对无砟轨道结构的影响 保持道床板断面尺寸２ ８００ ｍｍ×２４０ ｍｍ、底座板断面尺寸３ ４００ ｍｉｌｌ×３００ ｍｍ不变，仅改变扣件刚度 的数值，计算扣件刚度分别为３０ ｋＮ／ｍｍ、４０ ｋＮ／ｍｍ、５０ ｋＮ／ｍｍ时的轨道结构响应，分析扣件刚度变化对 列车荷载作用下的轨道结构响应的影响规律，其值如表１、表２所列。 由以上结果可以看出： 收稿日期：２００８一Ｏ１—１８ 作者简介：石现峰女１９７０年出生副教授 维普资讯 http://www.cqvip.com
２ 石家庄铁道学院学报（自然科学版） 表１不同扣件刚度时的轨道响应最大值 第２ｌ卷 （ｉ）随着扣件刚度的增大，道床板和支承层的纵、横向拉、压应力的最大值均呈增加趋势。扣件刚度 增大，列车荷载的分布范围相对减小，在保持扣件间距不变的情况下，枕上压力随之增大，从而使得作用 于轨道板上的荷载更为集中，引起更大的应力。 （２）随着扣件刚度的增大，道床板和支承层的纵、横向弯矩均随之增大。 （３）相比较而言，道床板和支承层的纵向正弯矩增加稍大一些，道床板和支承层的其它弯矩指标增加 幅度较小。 （４）道床板垂向位移随扣件刚度的增加而增加。 ３．２支承层弹性模量变化对无砟轨道结构的影响 为分析支承层弹性模量变化对无砟轨道结构的影响，保持道床板断面尺寸２ ８００ ｍｍ×２４０ ｍｍ、底座 板断面尺寸３ ４００ ｍｉｌｌ×３００ ｍｍ不变，仅改变支承层弹性模量，计算支承层弹性模量分别为５ ０００ ＭＰａ、 １５ ０００ ＭＰａ、２８ ０００ ＭＰａ时的轨道结构响应，研究支承层弹性模量变化对列车荷载作用下的轨道结构影响 如表３、表４所列。 由以上结果可以看出： 表３不同支承层弹性模量时的轨道响应最大值 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 石现峰等：路基上双块式无砟轨道结构的参数影响分析 ３ 表４不同支承层弹性模量时的结构最大弯矩 ｋＮ・ｍ／ｍ （１）随着支承层弹性模量的增加，道床板所承受的弯矩整体上呈减小趋势，但支承层所承受的弯矩却 呈增加趋势。 （２）道床板垂向位移随支承层弹性模量的增加而减少。 ３．３支承层厚度变化对无砟轨道结构的影响 保持道床板断面尺寸２ ８００ ＩＴｌｍ×２４０ ｍｌＴｌ、底座板断面尺寸３ ４００ ｍｍ×３００ ｌｑ－ｌｍ不变，支承层弹性模量 取１５ ０００ ＭＰａ，仅改变支承层厚度，分别取２６０ ｍｍ、３００ ｍｍ和３４０ ｍｌＴｌ，分析支承层厚度变化对列车荷载作 用下的轨道结构响应的影响如表５、表６所列。 表５不同支承层厚度时的轨道结构最大响应值 由以上结果可以看出： （１）随着支承层厚度的增加，道床板纵、横向的拉、压应力最大值均减小。 （２）支承层厚度的增加对道床板和支承层的最大正弯矩影响较大，而对其它弯矩指标影响不大。支 承层厚度的增加对道床板受力是有利的，但是却增加了支承层本身的最大纵弯矩。 （３）道床板的下沉量随着支承层厚度的加大而减小。 维普资讯 http://www.cqvip.com
４ 石家庄铁道学院学报（自然科学版） 第２１卷 ４ 结论 针对路基上双块式无砟轨道的结构形式，建立了钢轨－手口件一轨下垫板一双块式轨枕．道床板．混凝土底 座一弹性基础的有限元分析模型，对比分析了不同的扣件刚度、不同的支承层厚度以及支承层弹性模量的 变化对于路基上双块式无砟轨道结构的影响，得出以下几个结论： （１）随着扣件刚度的增大，道床板和支承层的纵、横向弯矩均随之增大，道床板和支承层的纵、横向 拉、压应力的最大值呈增加趋势。道床板垂向位移随扣件刚度的增加而增加。 （２）随着支承层弹性模量的增加，道床板所承受的弯矩整体上呈减小趋势，但支承层所承受的弯矩却 呈增加趋势。道床板垂向位移随支承层弹性模量的增加而减少。 （３）随着支承层厚度的增加，道床板纵、横向的拉、压应力最大值均减小。支承层厚度的增加对道床 板和支承层的最大正弯矩影响较大，而对其它弯矩指标影响不大。支承层厚度的增加对道床板受力是有 利的，但是却增加了支承层本身的最大纵弯矩。道床板的下沉量随着支承层厚度的加大而减小。 参 考 文 献 ［１］何华武．无砟轨道技术［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００５． ［２ｊ赵国堂．高速铁路无砟轨道结构［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００６． ［３］铁道科学研究院．客运专线无砟轨道铁路设计指南ｆＭ］．北京：中国铁道出版社，２００５． Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｄｏｕｂｌｅ－ｂｌｏｃｋ Ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ Ｔｒａｃｋ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ Ｓｏｉｌ Ｓｕｂｇｒａｄｅ Ｓｈｉ Ｘｉａｎｆｅｎｇ ，Ｌｉ ｊｉａｎｂｉｎ ，Ａｎ Ｒｕｉｍｅｉ （１．Ｓｃｈｏｏｌ Ｏｌ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｒａｉｌｗａｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００４３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｓｈ￣ｉａｚｈｕａｎｇ ０５００９１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ－ｂｌｏｃｋ ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ ｔｒａｃｋ ｏｎ ｓｏｉｌ ｓｕｂｇｒａｄｅ，ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅ— ｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｔｒａｃｋｓ，ｆａｓｔｅｎｓ，ｐａｄｓ，ｄｏｕｂｌｅ—ｂｌｏｃｋ ｓｌｅｅｐｅｒｓ，ｓｌａｂｓ，ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂａｓｅ— ｍｅｎｔ ａｎｄ ｅｌａｓｔｉｃ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｅｔ ｕｐ．Ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｐｏｐｕｌａｒ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＢＡＱＵＳ，ｔｈｅ ｍｏｖｉｎｇ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ ｔｒａｃｋ ａｃｃｏｍｐａｎｉｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｏｆ ｐａｒａｍｅ－ ｔｅｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｆａｓｔｅｎｉｎｇ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ａｎｄ ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｌａｙｅｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｅｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ ｔｒａｃｋ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｉｌ ｓｕｂｇｒａｄｅ；ｄｏｕｂｌｅ—ｂｌｏｃｋ ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ ｔｒａｃｋ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ （责任编辑刘宪福）