【正文】 無 砟 軌道吸音板材料的研制 （ 4） 板式軌道凸形擋臺填充樹脂材料的研制 （ 5） 過渡段道 砟 粘結(jié)材料的研制 （ 6） 橋上隔離層及橡膠墊層的研制 (7） 減振型板式軌道橡膠墊層的研制 （ 8） 硬質(zhì)泡沫塑料板的研制 （ 9） 道床板及底座混凝土配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化 （ 10）錨固銷釘及錨固材料的研制 6） 客運(yùn)專線板式軌道 CA 砂漿及成套裝備的研制 （ 1） 瀝青乳劑的研制 （ 2） CA 砂漿原材料要求及配合比設(shè)計(jì) （ 3） CA 砂漿施工工藝及成套設(shè)備的研制 （ 4） CA 砂漿注入袋的研制 (5） CA 砂漿調(diào)整層修補(bǔ)技術(shù) 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 7） 客運(yùn)專線無 砟 軌道制造、檢測技術(shù)及成套裝備的研制 （ 1） 混凝土軌道板制造工藝及成套設(shè)備的研制 （ 2） 雙塊式軌枕制造工藝及成套設(shè)備的研制 （ 3） 桁架式岔枕制造工藝及成套設(shè)備的研制 8） 客運(yùn)專線無 砟 軌道施工、檢測技術(shù)及成套裝備的研制 （ 1） 板式軌道施工工藝及成套設(shè)備的研制 （ 2） 雙塊式無 砟 軌道施工工藝及成套設(shè)備的研制 （ 3） 岔區(qū)無 砟 軌道施工工藝及成套設(shè)備的研制 2. 無砟軌道設(shè)計(jì) 無砟軌道的技術(shù)特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)分析 1）強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長，有砟軌道 20年，無砟軌道 60年。主要用于隧道內(nèi)，特別是地鐵軌道。 （ 2） 長橋上無 砟 軌道系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)組成 由 Vossloh 300 型彈性扣件、預(yù)制軌道板、砂漿調(diào)整層、連續(xù)底座板、滑動層、側(cè)蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 向擋塊等部分組成，臺后路基上設(shè)置摩擦板、端刺及過渡板，梁縫處設(shè)置長 3m， 厚度50mm 的硬泡沫塑料板 英國鐵路無砟軌道 PACT（ Paved Concrete Track）軌道 為英國 1969 年研制、試鋪， 1973 年正式使用的高速、重載少維修無 砟 軌道，簡稱PACT 軌道。 機(jī)械化施工性能雖優(yōu)，但當(dāng)超高超過 150mm 時(shí)，會引起施工困難。 1996 年，德國聯(lián)邦鐵路局（ EBA）批準(zhǔn)： —— 5種無 砟 軌道結(jié)構(gòu)可以使用 —— 10種無 砟 軌道結(jié)構(gòu)可進(jìn)行運(yùn)營試驗(yàn) 在已批準(zhǔn)可以使用的 5種無 砟 軌道結(jié)構(gòu)中，有 3種是水泥混凝土道床承載層（ BTS），2種是瀝青混凝 土道床承載層（ ATS）。其中在土路基上鋪設(shè)混凝土道床 Rheda 軌道約 86km，瀝青混凝土道床無 砟 軌道約 63km。 (5)兩軌枕塊之間用鋼筋桁梁連接，軌距保持穩(wěn)定。所用混凝土量大大減少了。 1977 年在慕尼黑試驗(yàn)線上又試鋪了 6種新型無 砟 軌道。 (4)緩和溫度應(yīng)力 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 德國情況 1） Rheda 無 砟 軌道情況 德國是歐洲最熱心研究開發(fā)無 砟 軌道的國家。關(guān)于提高施工效率和混凝土收縮裂紋也可采取相應(yīng)對策 。 (6) 應(yīng)采取防止混凝土因溫度收縮而出現(xiàn)裂紋的技術(shù)對策。 (2) 由于采用抗彎剛度大的混凝土底座，可以提高荷載的分散傳遞效果。 可見，這種軌道是用瀝青混凝土基床強(qiáng)化路基，與其說是用軌道板不如說是用更寬的軌枕分散列車載荷壓力，從而形成十分穩(wěn)定的路面鋪裝軌道，可以顯著延長軌道養(yǎng)護(hù)維修周期。 以往，日本高速鐵路土路基上主要鋪設(shè)的是瀝青混凝土道床寬枕（ LPC 枕）無 砟 軌道。其研發(fā)目的是減少軌道維修，以節(jié)省人力、物力、財(cái)力，達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)和耐用的目標(biāo)。為此，我國鐵路已擬在遂渝線和武廣線上鋪設(shè)連續(xù)成段無 砟 軌道綜合試驗(yàn)段，積累工程技術(shù)儲備以適應(yīng)今后時(shí)速 200km客貨共線和時(shí)速 300km 高速鐵路建設(shè)的需要。并已成功鋪設(shè)在秦 沈客運(yùn)專線沙河特大橋上和渝懷線魚嘴二號隧道內(nèi) 。 （ 2）西安安康線大瓢溝隧道彈性整體道床施工工藝及機(jī)具設(shè)備試驗(yàn)段。 （ 2）彈性整體道床的彈性可調(diào)式扣件研究。 （ 4）運(yùn)營中當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生病害 時(shí)，不易修復(fù)，影響了行車安全。有些中心水溝式及淺側(cè)水溝式整體結(jié)構(gòu)，水浸入道床后在軌道沖擊荷載作用下，形成活塞作用，加速道床砼的破壞；個(gè)別的整體道床直接修建在膨脹巖基礎(chǔ)上，發(fā)生道床的變形破壞。當(dāng)隧道基底堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定時(shí)軌道的穩(wěn)定性好，道床美觀整潔，軌道的養(yǎng)護(hù)維修工作量可減少 50％～ 70％。以此為契機(jī)，目前全路科研、設(shè)計(jì)、施工、院校的領(lǐng)導(dǎo)、專家、教授和從業(yè)人員正在全力協(xié)同開展有關(guān)成區(qū)段鋪設(shè)各種類型無 砟 軌道的前期工作。在渝懷線魚嘴二號碎（長 710m）內(nèi)試鋪了 枕式無 砟 軌道。在寶天線白清隧道和西安線秦嶺特長雙線隧道（長 ）鋪設(shè)了彈性支承塊式混凝土道床軌道。并于 1984 年編制了適用于各類圍巖鋪設(shè)的通用設(shè)計(jì)圖。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 板式無碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 1. 無砟軌道的介紹 技術(shù)發(fā)展概況 國內(nèi)概況 我國鐵路曾于 20世紀(jì) 30年代先后在東北牡圖線的北老松嶺隧道和沈丹線的福晉嶺隧道鋪設(shè)過長木枕和短木枕式混凝土道床軌道。與此同時(shí)，還在鐵路站場、港口碼頭等地段土路基上鋪設(shè)了經(jīng)改進(jìn)的整體道床軌道。迄今為止，運(yùn)用效果良好。在贛龍線楓樹排隧道（長 790m）內(nèi)試鋪了減振型板式無 砟 軌道。高速客運(yùn)專線成區(qū)段鋪設(shè)無 砟 軌道必將成為我國鐵路軌道結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。 國內(nèi) 60年代 到 80年代修建的整體道床至今仍有相當(dāng)一部份在運(yùn)營中表現(xiàn)良好。在整體道床發(fā)展前期，造成設(shè)計(jì)強(qiáng)度偏弱和標(biāo)準(zhǔn)偏低的重要原因是對軌道動力作用認(rèn)識不足和鐵路建設(shè)資金缺乏。 彈性整體道床 這是一種低振動無 砟 軌道結(jié)構(gòu)，是由鋼軌及其扣件、塊下膠墊、橡膠靴套、混凝土道床板及混凝土底座等組成。 （ 3）超長無縫線路長鋼軌一次鋪設(shè)工藝及機(jī)具的研究。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 長軌枕埋入式無砟軌道 長軌枕埋入式無 砟 軌道主要是由整體式穿孔混凝土枕和現(xiàn)場灌注的混凝土道床來組成。 土路基上無砟軌道 我國鐵路在土路基上鋪設(shè)的無 砟 軌道結(jié)構(gòu)類型主要有水泥混凝土道床無 砟 軌道和瀝青混凝土道床無 砟 軌道，但僅限于于大型客站、客技站、洗涮線、裝卸線、港口碼頭等地段，雖應(yīng)用效果良好，但這些地段的行車速度、通過運(yùn)量和行車密度都低于正線標(biāo)準(zhǔn)。 （ 1） 支承塊式混凝土道床無 砟 軌道 這種土路基上混凝土道床軌道的基本特征是，在經(jīng)過碾壓密實(shí)的路基上先鋪墊一定厚度（ 15～ 25cm）的砂夾碎石墊層加強(qiáng)，或采取樁基加強(qiáng)對策，然后灌注混凝土道床，道床又有單層和雙層之分。 見圖 。近年來，又在試鋪水泥混凝土道床板式無 砟 軌道。 2） 土路基上混凝土道床板式軌道 為改善 RA 型板式軌道所用瀝青材料溫度敏感性高和耐久性差的不足，提出了用水泥混凝土道床替代瀝青混凝土道床的結(jié)構(gòu)方案。 (3) 與瀝青系材料相比，溫度敏感性低，耐久性優(yōu)。 (7) 與有 砟 軌道相比，噪聲和振動高。 3） 框架式板式軌道 （圖 ） 圖 框架式板式軌道 結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn) : (1)可以克服因溫度變化引起的板的翹曲 ,防止 CA砂漿損壞 ,減少維修量 。為了達(dá)到減少維修勞力、適應(yīng)高速運(yùn)營和強(qiáng)化軌道的目的，從 1959 年起就開始研制和試鋪各種類型的少維修無 砟 軌道。 自從 1972年在比勒費(fèi)爾德 哈姆間的 Rheda車站土路基上鋪設(shè)整體式軌枕混凝土道床無 砟 軌道以來，又相繼試鋪了各種水泥混凝土道床和瀝青混凝土道床無 砟 軌道。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 (2)埋入長枕優(yōu)化為短枕，后期澆注混凝土與軌枕之間的裂縫減少。 (6)表面簡潔、平整，美觀漂亮。 新建的漢諾威 ~柏林高速線鋪設(shè)了 120km 的 Rheda2020 軌道，而在新建的科隆 ~法蘭克福高速線上，從齊格堡開始約 150km 長的線路上全線鋪設(shè) Rheda2020 無 砟 軌道。 10種批準(zhǔn)試鋪的無 砟 軌道結(jié)構(gòu)中，有 7種采用 BTS，3種采用 ATS承載層。從 1977~1996 年，Z220。 它是在就地灌注的鋼筋混凝土道床上直接聯(lián)結(jié)鋼軌，軌底與道床板之間設(shè)有連續(xù)帶狀橡膠墊板，連續(xù)支承鋼軌。由于它是在塊枕下設(shè)有橡膠襯墊和套靴以提供高彈性，故能有效地降低地鐵軌道的噪聲和振動。 2）幾何平順性好，保持能力強(qiáng)，技術(shù)速度更高 3）維修量小，養(yǎng)護(hù)人員少，簡化養(yǎng)護(hù)維修體制，無需大型養(yǎng)護(hù)機(jī)械 4）橫向穩(wěn)定性好，可以設(shè)置較大的曲線超高，可減小線路曲線半徑，使線路選線具有較大的靈活性。 8）環(huán)保：避免特級道砟開采、水洗破壞環(huán)境和景區(qū)風(fēng)貌。 3）軌道一旦破壞，修復(fù)難度較大。其主要技術(shù)參數(shù)如下： 設(shè)計(jì)參數(shù)： 1. 軌距： 1435mm。 B型：墊板靜剛度為 30～ 40kN/mm，扣件系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)靜剛度 為 50kN/mm。 6. 絕緣電阻：扣件系統(tǒng)按 EN131465 進(jìn)行測試，兩軌間絕緣電阻大于 3Ω 9. 鋼軌高低位置調(diào)整量： 30mm，調(diào)整級別為 1mm，采用充填式墊板可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)整。主推無砟軌道類型有： 彈性支承塊無砟軌道 CRTSⅠ型雙塊式 框架式軌道板 客運(yùn)專線 設(shè)計(jì)速度 300km/h~350km/h，原則上全線鋪設(shè)無砟軌道，主推軌道類型有： CRTSⅠ型雙塊式、 CRTSⅡ型雙塊式、 CRTSⅠ型板式、 CRTSⅡ型板式。 無砟軌道設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)解決的問題及目標(biāo)值 1）軌道強(qiáng)度、材料耐久性指標(biāo) 60 年、氣候條件 —— 道床厚度、配筋率、道床裂縫寬度、鋼筋保護(hù)層厚度 —— 軌道部件種類 2）軌道彈性指標(biāo)：合理范圍 20~60kN/mm，主要靠扣件膠墊實(shí)現(xiàn)，板式軌道 CAM 僅能提供部分緩沖作用。 ②無砟軌道地段路基在無砟軌道鋪設(shè)完成后的工后沉降應(yīng)滿足扣件調(diào)整和線路豎曲線圓順的要求。該調(diào)節(jié)量最大不超過 20 mm，修正調(diào)節(jié)量為 15mm，其中 5mm 的差是為了抵消火車經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生的沉降。 為了確保軌道板混凝土和底座間的粘接，防止橫向荷載和抬升發(fā)生，應(yīng)該在軌枕之間的軌道板的自由邊上安裝直徑為 25mm 的銷釘，每處安裝 4 排， 1 排 5 個(gè)銷釘，正常的銷釘是直徑為 25mm 的直螺紋鋼筋，其長度要確保無 砟 軌道內(nèi)有固定的長度，而且要插蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 入隧道內(nèi) 100mm。在此處，混凝土底板和道床板中都要斷開設(shè)置。 計(jì)算假定一：軌道結(jié)構(gòu)的上部荷載是通過軌枕以 45176。也就是說，鋼軌下部的混凝土承重結(jié)構(gòu)主要是受沿軌道縱向的彎矩作用，設(shè)計(jì)時(shí)可以簡化成 “ 彈性地基梁 ” 。 德國規(guī)范規(guī)定無 砟 軌道的容許裂 縫寬度為 mm。 2） 計(jì)算檢算范圍 （ 1）主體結(jié)構(gòu) ①軌道板、道床板、底座應(yīng)進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)及強(qiáng)度、裂紋、疲勞等檢算。 （ 2）附屬結(jié)構(gòu) ①連接層應(yīng)進(jìn)行關(guān)于粘接強(qiáng)度的抗拉、抗剪強(qiáng)度計(jì)算和檢算。 ⑤縱連式無 砟 軌道的端部限位臺座及與橋梁連接的傳力結(jié)構(gòu)，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和檢算。 ③縱連式無 砟 軌道以 “ 列車豎向設(shè)計(jì)荷載＋溫度梯度＋橋梁撓曲變形（如在橋上）＋縱向溫度力 ” 引起的主體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，依據(jù)裂紋寬度限值和鋼筋強(qiáng)度限值進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。 （ 2）列車豎向荷載計(jì)算方法 ①列車豎向設(shè)計(jì)荷載供設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)使用，為列車運(yùn)行在線路上的最大可能輪載值再考慮一定的安全裕量，取靜輪載的 3倍或單輪 300kN。 ⑤附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)檢算中列車縱向荷載取輪載 的 倍。 ⑧收縮按降溫處理，降溫幅度參照《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范（ TB ）》第 條規(guī)定選用。梁體有限元理論的計(jì)算模型如圖所示?？墒欠匠烫^復(fù)雜，無法手工處理，因此隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，這種方法才普及起來。這是 Turner, Clough 等人于 1956 年在分析飛機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)得到的成果。 第一次提出“有限單元法”的名稱是在 1960 年， Clough 進(jìn) — 步處理了平面彈性問題，使人們認(rèn)識到了有限元法的功效。 20 世紀(jì) 60 年代早期以前，大多數(shù)有限元工作是處理小應(yīng)變、小位移、彈性材料和靜載荷。分析的對象從彈性材料擴(kuò)展到塑性、黏彈性、黏塑性和復(fù)合材料等，從固體力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)等連續(xù)介質(zhì)力學(xué)領(lǐng)域。 有限元常用術(shù)語簡介 (1)單元 結(jié)構(gòu)單元的網(wǎng)格劃分中的每 —— 個(gè)小的塊體稱之為單元。 (2)節(jié)點(diǎn) 確定單無形狀的點(diǎn)叫節(jié)點(diǎn)，例如：線段單元只有 2 個(gè)節(jié)點(diǎn)，三角形單元中有 3 個(gè)或6 個(gè)節(jié)點(diǎn)，四邊形至少有 4 個(gè)節(jié)點(diǎn)等。例如：在電磁場分析中，載荷是指結(jié)構(gòu)所受的電場和磁場作用；在溫度場分析中，所受的載荷是指溫度本身。施加正確的邊界條件是獲得正確的分析結(jié)果和較高的分析精度的重要蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 條件。通過使用構(gòu)成結(jié)構(gòu)材料已知的應(yīng)力應(yīng)變特性，可以用結(jié)構(gòu)中其他單元的特性確定給定節(jié)點(diǎn)的特性。所用的單元總數(shù)和給定物體內(nèi)單元大小和類型的變化是需要工程判斷的主要問題。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，發(fā)展出了更多的單元，最典型的區(qū)分就是有無中節(jié)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，沒有一種多項(xiàng)式可以與實(shí)際位移完全一致。 步驟 3：定義應(yīng)變位移和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 為了推導(dǎo)每一個(gè)有限單元的方程，需要應(yīng)變位移和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。 步驟 4： 推導(dǎo)單元?jiǎng)偠染仃?和方程 單元?jiǎng)偠染仃囀歉鶕?jù)最小位能原理或其他原理，由單元材料和幾何性質(zhì)導(dǎo)出的平衡方程系數(shù)構(gòu)成的。 最后得到如下形式的總體矩陣 方程： {F}=[K]{D}