【正文】 kNm/m 底座縱向正彎矩 kNm/m 鋼軌正彎矩 kNm/m) 軌道板橫向負(fù)彎矩 (kNm/m) 底座橫向負(fù)彎矩 (kN 當(dāng) CA 砂漿彈性模量分別采用 100MPa、 300MPa、 500MPa、 1000MPa 時，彎矩、位移結(jié)果如表 所示。m/m) 軌道板橫向負(fù)彎矩 (kNm/m) 底座橫向負(fù)彎矩 (kN 36 表 不同地基彈性系數(shù)下的鋼軌、軌道板、底座的彎矩 地基彈性系數(shù) 50MPa/m 190MPa/m 500MPa/m 1000MPa/m 軌道板縱向正彎矩 (kNm/m) 底座縱向正彎。m/m) 軌道板橫向正彎矩 (kNm) 鋼軌負(fù)彎矩 (kNm/m) 底座縱向負(fù)彎矩 (kNm/m) 軌道板縱向負(fù)彎矩 (kNm/m) 底座縱向負(fù)彎矩 (kNm/m) 軌道板縱向負(fù)彎矩 (kNm 32 圖 軌道板橫向彎矩云圖 圖 軌道板縱向彎矩云圖 圖 混凝土底座橫向彎矩云圖 圖 混凝土底座縱向彎矩云圖 33 表 無砟軌道位移計算結(jié)果 鋼軌最大位移 mm 軌道板最大位移 mm 砂漿層最大位移 mm 底座最大位移 mm 圖 鋼軌位移云圖 圖 軌道板位移云圖 圖 砂漿層位移云圖 34 圖 混凝土底座位移云圖 當(dāng) 扣件剛度分別采用 40KN/mm、 60 KN/mm、 80 KN/mm、 100KN/mm 時，彎矩、位移結(jié)果如表表 和表 。m/m 底座橫向正彎矩 kNm/m 軌道板橫向正彎矩 kN對于分析結(jié)果，應(yīng)考慮組合荷載作用下的結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力，組合荷載中應(yīng)對車輛荷 載 添加數(shù)值為 的荷載系數(shù)，以便更接近真實情況。 表 板式軌道結(jié)構(gòu)計算參數(shù) 項目 數(shù)值 備注 列車 荷載 300KN 鋼軌 60kg/m CHN60 扣件間距 625mm 扣件節(jié)點剛度 80KN/mm 軌道板外形尺寸 2400mm190mm 軌道板混凝土彈性模量 36 103 MPa C60 軌道板混凝土泊松比 CA 砂漿厚度 50mm 板下滿布 CA 砂漿彈性模量 100～ 300MPa 底座外型尺寸 3200mm300mm 底座混凝土彈性模量 103MPa C40 底座混凝土泊松比 路基彈性系數(shù) 190MPa/m K30 31 無砟軌道梁板模型的荷載工況 對無砟軌道進(jìn)行受力分析，分別考慮了溫度荷載、結(jié)構(gòu)自重以及車輛荷載的作用。下面將分別 對 CA 砂漿用實體模擬和用線性彈簧模擬進(jìn)行分析，并對結(jié)果進(jìn)行對比，驗證模型的合理性。 (1)無砟軌道各結(jié)構(gòu)層在厚度方向上的尺寸遠(yuǎn)小于其他 2 個方向的尺寸，且荷載作用下的撓度遠(yuǎn)小于其厚度 ，符合彈性薄板的結(jié)構(gòu)特點，適合于采用薄板模擬；鋼軌屬于細(xì)長結(jié)構(gòu)，適合于采用梁模擬，因此，無砟軌道的荷載應(yīng)力宜采用彈性地基梁板模型 (以下簡稱梁板模型 )進(jìn)行計算。 工業(yè)建筑 ： 水塔、壓力容器、電力輸送塔、發(fā)電廠 。 聯(lián)合橋梁 ： 鋼箱型橋梁、梁板橋梁、 預(yù) 應(yīng)力鋼筋混凝土 箱型橋梁 ： 懸臂法、頂推法、移動支架法、滿堂支架法 。 鋼軌軌道板軌下膠墊CAM層底座地基線性彈簧板體單元 圖 梁－板－體彈性支承模型 29 3 板式無砟軌道的設(shè)計和計算 MIDAS 介紹 MIDAS 中文名邁達(dá)斯，是一種有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計有限元軟件，分為 MIDAS/Building、MIDAS/Gen、 MIDAS/Civil、 MIDAS/GTS、 MIDAS/FX+、 MIDAS/NFX。 q道床板R R 圖 簡支懸臂梁模型 彈性地 基疊合梁理論 在軌道縱向，是把一股鋼軌和半寬軌道板（或道床板）和混凝土底座（或支承層）用彈簧聯(lián)結(jié)成一個整體，并作為彈性地基上的二重或三重疊合梁彎曲變形力學(xué)分析模型。通過各種計算方法或有限元分析法得出結(jié)構(gòu)的受力特性，作為軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計和配筋計算的依據(jù)。凸形擋臺周圍采用彈性好、強度高的 樹脂 材料替代 CA 砂漿。 ● 凸形擋臺 凸形擋臺作為板 式軌道的一個重要組成部分，其主要功能是限制軌道板的縱、橫向位移。底座寬度為 2600～ 3000mm，厚度根據(jù)具體鋪設(shè)區(qū)段的基礎(chǔ)支承條件計算確定。 ● 底座 混凝土底座是板式軌道的支承基礎(chǔ)，其主要功能有： ① 修正在無砟軌道施工前下部基礎(chǔ)的變形與施工偏差： ② 實現(xiàn)曲線地段板式軌道的超高設(shè)置。對于 24m 梁可采用 1 種軌道板類型， 32m 梁采用 2 種結(jié)構(gòu)類 型。減少軌道板的寬度，則板的橫向正彎矩減小，縱向彎矩及橫向負(fù)彎矩將增大。 ● 由于板式軌道的軌道板為平板，線路的豎曲線只能通過底座、 CA 設(shè)計調(diào)整層的厚度，以及扣件墊板進(jìn)行設(shè)置，為扣件 留出 足夠的調(diào)整量，以利于后期對軌道狀態(tài)的調(diào)整。 圖 橋上板式軌道橫斷面（單位： mm） 秦沈線狗河、雙何特大橋上板式軌道的底座直接在橋面上構(gòu)筑。為保證與隧道沉降縫 變形協(xié)調(diào)，在沉降縫處，底座對應(yīng)設(shè)置伸縮縫。此外，還具有隧道內(nèi)溫差小、紫外線強度弱的優(yōu)點。 由于板式軌道底座直接構(gòu)筑在混凝土支承層上，因此在過渡區(qū)域的混凝土支承層應(yīng)預(yù)埋與底座之間連接的鋼筋。借鑒國外成功的經(jīng)驗，在路基面構(gòu)筑的混凝土支承層上，直接構(gòu)筑混凝土底座與凸形擋臺。 22 岔區(qū)板式無砟軌道 結(jié)構(gòu)組成：道岔及配件、預(yù)制混凝土道岔板（厚度 240mm）、自密混凝土調(diào)整層（厚 180mm）及找平層（ 130mm）等。 CRTSⅡ 型雙塊式無砟軌道 系統(tǒng)主要由鋼軌、扣件系統(tǒng)、雙塊式軌枕、混凝土整體道床、混凝土支承層（路基）或鋼筋混凝土底座（橋梁）、混凝土鍥形底座等部分組成。 CRTSⅠ 雙塊 式無砟軌道 系統(tǒng)主要由鋼軌、扣件系統(tǒng)、雙塊式軌枕、混凝土整體道床、混凝土支承層（路基）或鋼筋混凝土底座（橋梁）等部分組成。橋梁上軌道板鋪設(shè)于鋼筋混凝土底座上，在底座兩側(cè)設(shè)置側(cè)向限位擋塊。 CRTSⅢ 板式無砟軌道 系統(tǒng)主要由鋼軌、扣件系統(tǒng)、充填式墊 板、軌道板、水泥瀝青砂漿墊層、混凝土支承層（路基）或鋼筋混凝土底座（橋梁）等部分組成。軌道板鋪設(shè)與混凝土支承層或鋼筋混凝土支座上，在鋪裝定位后灌注 30mm 厚的高性能水泥瀝青砂漿作為施工調(diào)整層，再進(jìn)行板的縱向連接。 在路基、 隧道 基礎(chǔ)上的 CRTSⅡ 型板式無砟軌道的結(jié)構(gòu)組成相同，路基地段的軌道板連續(xù)鋪設(shè)于混凝土支承層上，隧道內(nèi)軌道板鋪設(shè)于混凝土支承層上或隧底仰拱回填土上，軌道板間通過縱向預(yù) 留鋼筋和連接器進(jìn)行縱向連接。遂渝線無砟軌道綜合試驗段中鋪設(shè)的 CRTSⅠ 型板式無砟 軌道。 CRTSⅠ 系統(tǒng)主要由鋼軌、扣件系統(tǒng)、 CRTSⅠ 型軌道板、充填式墊板、 CA 砂漿墊層、混凝土底座、凸形擋臺等部分組成。梯子型無砟軌道具有自重輕、易維修、低造價等優(yōu)點。 PACT 型軌道為就地灌筑鋼筋混凝土道床，鋼軌直接與道床連接，并連接支承在軌道板上的連續(xù)帶狀橡膠墊層上，在英國、新西蘭、加拿大和荷蘭等國鐵路及軸重 30t 的重載線上應(yīng)用，鋪設(shè)總長度約 80 km。瀝青承載層上的寬軌枕是這個系統(tǒng)中不可缺少的部分，能夠大大降低軌道的結(jié)構(gòu)高度。但是在運營費方面，根據(jù) SBB 運營統(tǒng)計和國內(nèi)前期應(yīng)用的估計，總運營費用較有砟軌道看節(jié)省約 50%。 （ 3）通過雙層彈性墊板的隔離，使軌道各部件的荷載傳遞頻率得以降低，部件的損傷程度大大降低，幾何形位可在長時間內(nèi)得以保持，最大程度地減少了養(yǎng)護(hù)維修工作量。在多年的試驗研究實踐中對不同等級的線路、不同自然條件、不同車速和不同要求開發(fā)出不同型號的板式無砟軌道。 20 世紀(jì) 70 年代，板式軌道作為日本鐵路建設(shè)的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行推廣。旭普林無砟軌道的軌頂?shù)剿残曰炷辽暇壍木嚯x為588mm。 ●旭普林型無砟軌道 系統(tǒng)構(gòu)成 旭普林型無砟軌道系統(tǒng) 1974 年開發(fā)，在科隆 — 法蘭克福高速鐵路上成功鋪設(shè)了21km。 （ 3）對土質(zhì)路基、橋梁、高架橋、隧道、道岔區(qū)段以及減振要求區(qū)段，可以采用統(tǒng)一結(jié)構(gòu)類型，技術(shù)要求、標(biāo)準(zhǔn)相對單一，施工質(zhì)量容易控制，更適應(yīng)于高速鐵路。配筋率為 %~%，從而將可能出現(xiàn)的裂縫寬度限制在 范圍內(nèi)，可防止連接鋼筋受到腐蝕。 B355W60M 型雙塊式軌枕按照 650mm 的間距排列，每組軌枕枕塊下依靠兩個鋼筋木行架支撐，軌枕塊精確定位后澆注混凝土，混凝土標(biāo)號為 B35。 （ 5）具有可修復(fù)性，除在每個鋼軌支撐點處（軌道扣件）調(diào)高余量外，還可調(diào)整預(yù)制板本身的高度。 （ 2）每塊板上有 10 對承軌臺，承軌臺的精度用機械打磨并由計算機控制。 ● 博格板式無砟軌道 系統(tǒng)組成 路基上博格板式軌道系統(tǒng)和構(gòu)造見圖 11 與圖 12。按照無砟軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，可分為整體結(jié)構(gòu)式和直接支承結(jié)構(gòu)式，如表 所示?？紤]到我國鐵路運輸運力、運能緊張局面，以及高速鐵路一般處于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，人員流動十分頻繁，而且鐵路作為一個網(wǎng)絡(luò)，跨線列車的開行對高速鐵路的運輸組織將產(chǎn)生重要影響，從而形成了高無鐵路列車運行高速度和高密度的特點，這就不僅要求線路具有高穩(wěn)定性、高平順性，還要求線路具有高使用率，造成維修與運行矛盾更加突出，因此積極采用無砟軌道結(jié)構(gòu)具體有重要意義。 我國鐵路在無砟軌道研究方面已經(jīng)做了一定的工作，在橋梁和隧道內(nèi)都有了相應(yīng)的無砟軌道結(jié)構(gòu)試鋪段。計劃在線路開通后對隧道內(nèi)的無砟軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力測試和長期觀測。 1999 年在鐵道部科技開發(fā)計劃項目“秦沈客運專線橋上無砟軌道設(shè)計、施工技術(shù)條件的研究與編制”的有力推動下，秦沈客運專線選定了 3 座高架橋作為無砟軌道的試鋪段。以后又陸續(xù)在寧西線（南京 — 西安）、蘭武復(fù)線、宜萬線、湘渝線等隧道內(nèi)以及城市軌道中得到廣泛應(yīng)用，已經(jīng)鋪設(shè)和正在鋪設(shè)的這種無 砟軌道累計近 200km。另外，在京九線長江大橋引橋上鋪設(shè)了無砟無枕結(jié)構(gòu)，長度約 7km。 國內(nèi)無砟軌道結(jié)構(gòu)研究與工程實踐 國內(nèi) 對無砟軌道的研究始于 20 世紀(jì) 60 年代，與國外的研究幾乎同時起步。英國鐵路試鋪的 PACT 型無砟軌道，具有投資較低、維修費用少、噪音小、穩(wěn)定性強等特點，適宜在隧道內(nèi)和高架橋上使用。PACT（ Paved Concrete Track） 軌道為英國 1969 年研制、試鋪， 1973 年正式使用的高速、 5 重載少維修無砟軌道，簡稱 PACT 軌道。經(jīng)模擬通過總重 4500 萬噸 t 的重復(fù)加載試驗后，最終下沉量為 ，達(dá)到了試驗的預(yù)期目標(biāo)。 日本板式軌道在土質(zhì)路基上的應(yīng)用同樣經(jīng) 歷了 30 多年的發(fā)展歷程，開展了大量室內(nèi)外試驗研究工作。運營中僅少數(shù)扣件需要調(diào)整，維修工作量很少。 世界各國無砟軌道發(fā)展情況 德國是世界上研究開發(fā)無砟軌道較早的國家?？傮w來說，無砟軌道建設(shè)期投資大于有砟軌道。因此，在軸重較大的客貨共線鐵路以及軸重更大的重載鐵路，國內(nèi)外規(guī)模鋪設(shè)無砟軌道的范例尚屬罕見。我國特級道砟標(biāo)準(zhǔn)與國外高速鐵路道砟標(biāo)準(zhǔn)相比，盡管在性能指標(biāo)上仍有一定的差距，但符合這種性能要求的巖藏資源在我國，特別 是中南和西南地區(qū)仍相當(dāng)稀少，可能難以滿足我國新建客運專線的需求。 采用無砟軌道之后，就可以完全免除道砟飛濺 的顧慮。 3 根據(jù)法國 TGV 鐵路運營經(jīng)驗，有砟軌道在列車速度達(dá)到 350km?h1 時，出現(xiàn)較嚴(yán)重的道砟飛濺現(xiàn)象。與采用散粒體結(jié)構(gòu)的有砟道床基礎(chǔ)相比，在列車荷載作用下不會產(chǎn)生道砟顆粒磨耗、粉化、相對錯位 所引起的道床結(jié)構(gòu)變形；在列車荷載反復(fù)作用下不會產(chǎn)生變形積累，使軌道幾何尺寸的變化基本控制在軌下膠墊、扣件及鋼軌的松動和磨損等因素之內(nèi)，從而大大降低軌道幾何狀態(tài)變化的速率，較少養(yǎng)護(hù)維修工作量，延長維修周期和軌道使用壽命。我國客運專線由于跨線列車多，自身的行車密度又大，不可能完全像國外高速鐵路那樣白天行車、夜間軌道維修作業(yè)。由此組成的軌道整體結(jié)構(gòu)與有砟軌道相比具有更好的結(jié)構(gòu)連續(xù)性和彈性均勻性，為提高軌道的平順性，改善乘車質(zhì)量提供了有利條件。與有砟軌道相比，板式軌道具有更好的整體性、穩(wěn)定性和耐久性，雖然技術(shù)較復(fù)雜，一次性投資大于有砟軌道，但其使用壽命周期長，通常使用周期為 30 年，軌道板在使用周期內(nèi)基本上免維修，運營過程中維修的工作量可堅守 70%以上，能夠有效緩解高 速鐵路運營與維修的矛盾，總的成本并不比有砟軌道高，為高速度、高密度的鐵路運輸提供了有利條件。由于鋼軌支承點的非連續(xù)，道床變形沿線路縱向呈現(xiàn)非均勻性特點，對保持良好的軌道幾何狀態(tài)和均衡質(zhì)量十分不利。此后，高速鐵路技術(shù)不斷發(fā)展和創(chuàng)新。列車作用于軌道上的力有垂直壓力、橫向水平力、縱向水平力，以及因溫度變化所產(chǎn)生的溫度附加力等。 研究結(jié)論： 軌下墊層剛度在 50～ 80kN/mm 范圍內(nèi)為宜， CA 砂漿彈性模量對鋼軌與軌道板及底座板的位移影響不是很明顯，地基彈性系數(shù)宜采用 190MPa/m， 通過建立路基上板式無柞軌道梁一板有限元模型計算得到的彎矩值，根據(jù)容許應(yīng)力法并結(jié)合上述彎矩值對無柞軌道混凝土底座進(jìn)行配筋計算。1 路基上板式無砟軌道設(shè)計及計算 摘要 研究目的：軌道