温度对双块式无砟轨道道床板及凸台结构的影响分析.pdf

铁道建筑
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Railway Engineering
October 2011
文章编号:1003-1995(2011)10-0104-04
温度对双块式无砟轨道道床板及凸台结构的影响分析
杨斌,钱小益,史青翠
(1.西南交通大学土木工程学院,成都610031;2.兰新铁路新疆有限公司,鸟鲁木齐83001)
摘要:为了解决兰新线大温差等恶劣条件对轨道结构受力的影响,为双块式无砟轨道结构设计提供理论
依据,建立了温度荷載作用下的轨道结构有限元计算模型,分析了温度捅度、结构整体升降温对道床板
以及凸台结构的影响。结果表明,在温度影响较大的地区,道床板结构单元化可以有效地减少其内部应
カ,保证结构的受力合理;单元式道床板与支承层之间直接铺设土工布时,在温度梯度作用下道床板下
部受拉易超限,翘曲不易控制;合理设置的凸台结构可以有效地限制单元式道床板结构的纵横向位移,
并能够适应其受力变形特性。
关键词:双块式单元式道床板有限元温度凸台
中图分类号:U213.2144文献标识码:B
随着高速铁路的不断发展,新型无砟轨道结构在构。该种轨道结构形式是兰新线提出的一种新型双块
我国得到了广泛应用。 CRTS I型双块式无砟轨道由式无砟轨道结构之一,其结构相对简单,对线路适应性
于其结构简单、对线路适应性好、具有较好的平顺性、好,造价低,施工工艺简単。
施工工艺相对简单等优点逐步成为我国客运专线无砟
温度对连续道床板的影响比较大,因此道床板采
轨道结构的首选形式之一。经过综合分析研究与比用单元板形式设计,将道床板分块浇筑,形成一块块单
较,新建兰新第二双线某区段拟采用CRTSⅠ型双块式元板式的结构,这样设计可以避免道床板在温度作用
无砟轨道形式。但是,由于兰新线地处我国西北部,该下产生较大的内部应力,通过在道床板与板之间设置
区气候条件十分恶劣,以往的双块式无砟轨道结构已伸缩缝,使得道床板在纵向方向能够进行一定的伸缩,
经无法适应这种严寒、大温差的环境,因此,急需开发从而释放其内部应力。但是道床板的这种单元式结构
出新型的无砟轨道结构以适应西北地区的气候条件。又使其轨道结构的整体性大大降低,道床板之间无相
目前,兰新线已经提出了几种新型的无砟轨道结构形互作用,因此单个道床板的位移难以控制,易引起无砟
式,诸如将道床板结构单元化处理,将原来连续结构的轨道结构的不平顺,因此考虑在道床板下设置凸台结
道床板分块浇筑成单元式,道床板下采用不同的凸台构以限制其纵、横向的位移,凸台设置可以多样化,兰
设置方式或者直接对道床板设置限位结构,道床板之新线就采用了多种方式设置,本文采用的方式为将凸
间设置传力杆机构等。本文旨在对采用单元形式浇筑台设置于单元式道床板的两端,即道床板下采用炳块
道床板并设置了凸台结构的I型双块式无砟轨道进行出台结构,凸合在板端穿出,道床板与支承层间铺设土
数值模拟与计算,通过对所得结果分析,从而检验该种工布,目的在于让两者之间能够相对滑移,保证良好的
轨道结构形式的合理性,为新型的双块式无砟轨道结变形协调。
构设计提供理论支撑。
具体轨道结构形式如图1、图到2所示。
采用单元式道床板结构的双块式无砟轨道2力学模型
为适应西北地区大温差等恶劣的气候条件,兰新
考虑到道床板单元板式结构,且相互之间影响较
线双块式无砟轨道以普通 CRTS I双块式无砟轨道结小,本次计算取两块道床板进行分析就能够满足基本
构为基础对其进行创新,将连续浇筑的道床板单元化要求。
处理,即釆用单元式道床板结构取代连续型道床板结
采用有限元分析软件对轨道结构进行模拟,建立
其力学模型。钢轨采用梁单元模拟;考虑到重点对道
收稿日期:2011-05-20;修回日期:2011-07-25
床板结构进行力学分析,因此,轨枕与道床板看成整体
作者简介:杨斌(1974-),男,辽宁大迕人,高级工程师,博士研究生。结构与支承层均采用实体单元进行模拟;扣件采用弹
2011年第I0期
温度对双块式无砟轨道道床板及凸台结构的影响分析
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钢轨
的作用为主线进行分析。由于温度的渐变性,轨道结
扣件
道床板
轨枕
构的温度不是突然达到最低或者最高两种极限情况,
シムルムンと
所以本文只建立了指定温度下的温度荷载工况,即环
一支承层
境温度设定为10℃,考虑道床板温度梯度以45℃/m
变化(上高下低)以及轨道结构整体按10℃变化趋势
图1横断面
升降温两种情况
3.1温度梯度对道庥板结构的影响
计算结果如例4、图5所示。
轨道
中心线
支承层
道床板
2快尔
伸缩缝
图2凸台设置方式
系1?
0.8
簧单元模拟;支承层与下部基础的连接采用弹簧单元
路兴
67890U1121314
模拟。道床板与支承层之间因为铺设了土工布,两者
道床板纵向位置坐标
之间存在着摩擦,因此采用接触形式进行模拟,考虑两
图4道床板最大应力分布
者之间的摩擦系数。
具体力学模型如图3所示。
钢轨
单元式道床板
凸台
长￥长
0.05
4支承层
道床板纵向位置坐标/m
图3力学模型
图5道床板竖向位移分布
钢轨采用60kg/m钢轨计算参数,弹性模量2.
对道床板应力进行分析,为方便建模,凸台及道床
103MPa,泊松比0.3,钢轨线膨胀系数11.8x
板边缘处未进行圆滑,因此道床板对应于凸台处边缘
10/℃,密度7830kg/m3
及角落产生了一定的应力集中,在实际施工过程中可
道床板长6.48m,宽2.80m,高0.26m。弹性模以对出台以及道床板边缘进行圆滑,所以,不考虑应力
量3.25×10'MPa,泊松比0.2,钢轨线膨胀系数1x集中对结构的影响,从道床板整体受力来看,其底部平
10-/℃,密度2500kg/m3。
均拉应力为2.0MPa左右,略微超限。
支承层长26.0m,宽3.4m,高0.3m。弹性模量
因为温度梯度导致道床板下部受拉,所以在温度
6×10°MPa,泊松比0.2,钢轨线膨胀系数1
上高下低的情况下,凸台结构对上部结构作用效果甚
10-/℃,密度2500kg/m2。其中凸台尺寸为线路纵微,这种工况下可以忽略其影响。
向方向2.740m,横向1.000m,高0.045m,设置于道
对道床板结构变形进行分析,道床板在温度梯度
床板两端下方。
的作用下中部会向上微微凸起,道床板发生了一定程
轨枕间距0.65m,道床板间伸缩雛为0.02m。道度的翅曲,其中部凸起的最大位移为0.24mm,道床板
床板与支承层之间摩擦系数取为0.60。
与支承层之间发生了分离,形成了离缝。
综上所述,温度梯度作用下,支承层对道床板的约
3不同温度荷载工况下计算结果分析
東作用比较弱,不能有效地控制道床板的翘曲,道床板
考虑到兰新线特殊的地理位置,温度是影响轨道下中部会产生离现象,道床板底部拉应力易超限,轨
结构的主要因素之一,所以应以温度变化对轨道结构道结构的受力及使用功能受到了一定的影响。