0. 860 1. 443 0. 153 0. 516 2. 650 2. 060 0. 685 0. 451 0. 789
0. 476 1. 635 0. 032 0. 497 1. 524 0. 642 0. 431 0. 109 0. 779
50
板端
板中
0. 898 1. 499 0. 155 0. 516 2. 740 2. 141 0. 711 0. 467 0. 796
( 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 扣件 轨下垫板 双块式轨枕 道床 板 混凝土底座 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。
0. 547 1. 795 0. 111
0. 610 2. 196 1. 655
0. 592 1. 174 0. 647
0. 611 0. 682 0. 878
0. 191 0. 094 0. 849
28 000
板端
板中
0. 898 1. 499 0. 155
0. 479 1. 696 0. 014
由以上结果可以看出:
收稿日期: 2008 01 18 作者简介: 石现峰 女 1970年出生 副教授
2
石家庄铁道学院学报 (自然科学版 )
第 21卷
列车荷载作用 位置
道床板纵向拉应力 /M P a 道床板纵向压应力 /M P a 道床板横向拉应力 /M P a 道床板横向压应力 /M P a 支承层纵向拉应力 /M P a 支承层纵向压应力 /M P a 支承层横向拉应力 /M P a 支承层横向压应力 /M P a 道床板垂向位移 /mm
保持道床板断面尺寸 2 800 mm # 240mm、底座板断面尺寸 3 400 mm # 300 mm 不变, 支承层弹性模量 取 15 000M P a, 仅改变支承层厚度, 分别取 260mm、300mm 和 340mm, 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。
5 000
15 000
板端
板中
板端
板中
道床板纵向正弯矩 道床板纵向负弯矩
道床板横向正弯矩 道床板横向负弯矩 支承层纵向正弯矩
支承层纵向负弯矩 支承层横向正弯矩 支承层横向负弯矩
11. 47 4. 458 6. 070 1. 389 11. 67 0. 001 4. 461 0. 592
14. 46 4. 187 5. 798 0. 007 4. 150 6. 787 1. 665 1. 117
表 5 不同支承层厚度时的轨道结构最大响应值
支承层厚度 /mm
列车荷载作用 位置
260
3 00
板端
板中
板端
板中
道床板纵向拉应力 /M P a 道床板纵向压应力 /M P a 道床板横向拉应力 /M P a
道床板横向压应力 /M P a 支承层纵向拉应力 /M P a 支承层纵向压应力 /M P a
支承层横向拉应力 /M P a 支承层横向压应力 /M P a 道床板垂向位移 /mm
0. 711 0. 467 0. 796
0. 479 1. 696 0. 014
0. 517 1. 562 0. 667
0. 450 0. 120 0. 784
3 40
板端
板中
0. 852 1. 489 0. 146
0. 451 1. 615 0. 013
0. 506 2. 407 1. 885
0. 489 1. 498 0. 689
0. 920 1. 502 0. 164
0. 565 1. 159 2. 478
0. 822 1. 028 0. 810
0. 512 1. 776 0. 042
0. 544 1. 618 0. 826
0. 476 0. 130 0. 805
0. 898 1. 499 0. 155
0. 516 2. 740 2. 141
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 [ 2] , 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, 间距为 650mm。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 000M Pa, 厚度为 0. 24m, 宽度为 2. 8m, 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 000MP a, 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 ∀[ 3 ] , 取为 300 kN。
9. 144 3. 586 1. 327
( 1) 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。
0. 622 0. 425 0. 784
0. 429 0. 103 0. 765
表 6 不同支承层厚度的轨道结构最大弯矩
kN∃ m /m
支承层厚度 /mm
列车荷载作用 位置
260
3 00
7. 964 2. 548 3. 249 0. 915 28. 88 7. 122 7. 004 1. 161
9. 268 2. 709 3. 104 0. 006 7. 984 8. 109 2. 674 1. 159
kN∃ m /m
28 000
板端
板中
6. 622 2. 411 2. 326 0. 644 36. 62 9. 260 8. 726 1. 428
0. 479 1. 696 0. 014 0. 517 1. 562 0. 667 0. 450 0. 120 0. 784
表 2 不同扣件刚度时的结构最大弯矩
扣件刚度 / ( kN∃ mm - 1 )
列车荷载作用 位置
30
40
板端
板中
板端
板中
道床板纵向正弯矩 道床板纵向负弯矩
道床板横向正弯矩 道床板横向负弯矩 支承层纵向正弯矩
7. 189 2. 012 2. 230 0. 006 11. 88 9. 144 3. 586 1. 327
( 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
第 21卷 第 2期
石家庄铁道学院学报 (自然科学版 )
Vo.l 21 No. 2
2008年 6月 JOURNAL OF SH IJIAZHUANG RA ILWAY INST ITUTE ( NATURAL SC IENCE ) Jun. 2008
路基上双块式无砟轨道结构的参数影响分析
石现峰 1, 李建斌 2, 安蕊梅 1
支承层纵向负弯矩 支承层横向正弯矩 支承层横向负弯矩
6. 094 2. 059 2. 106 0. 619 33. 49 9. 152 7. 987 1. 446
6. 807 1. 987 2. 023 0. 006 10. 95 8. 248 3. 253 1. 153
6. 399 2. 283 2. 229 0. 634 35. 55 9. 298 8. 416 1. 436
0. 516 2. 740 2. 141
0. 517 1. 562 0. 667
0. 711 0. 467 0. 796
0. 450 0. 120 0. 784
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
支承层弹性模量 /M Pa
列车荷载作用 位置
7. 148 1. 999 2. 138 0. 006 11. 49 8. 817 3. 439 1. 265
kN∃ m /m
50
板端
板中
6. 622 2. 411
7. 189 2. 012
2. 326 0. 642 36. 62
2. 230 0. 006 11. 88
9. 260 8. 726 1. 428
表 1 不同扣件刚度时的轨道响应最大值
扣件刚度 / ( kN∃ mm - 1 )
30
40
板端
板中
板端
板中
0. 802 1. 366 0. 151 0. 490 2. 524 1. 942 0. 651 0. 428 0. 780
0. 472 1. 547 0. 029 0. 474 1. 470 0. 605 0. 407 0. 102 0. 771
( 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