【正文】 ，通常需要確定結(jié)構(gòu)中位移最大和應(yīng)力最大的位置。 步驟 7：求解單元應(yīng)變和應(yīng)力 對(duì)于結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變分析來說，因?yàn)閼?yīng)力應(yīng)變可以用步驟 6 確定的位移直接表達(dá)。剛度矩陣 K、節(jié)點(diǎn)力矢量 F 和節(jié)點(diǎn)位移矢量 D 的平衡關(guān)系表蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 示為矩陣形式為 {F}=[K]{D} 步驟 5：組裝單元方程得出總體方程并引進(jìn)邊界條件 可以便用疊加法將步 驟 4得到的單個(gè)單元方程組裝在一起得出整個(gè)結(jié)構(gòu)的總體方程。在獲取可接受的結(jié)果時(shí)，精確定義材料行為的能力是最重要的。此外．還需要選擇表示位 移大小的參數(shù)，它們通常是節(jié)點(diǎn)的位移，但也有可能包括節(jié)點(diǎn)的位移函數(shù) 。 步驟 2：選擇位移函數(shù) 假設(shè)的位移函數(shù)或模型只是近似地表示了真實(shí)的位移 分布。一般來說，一維結(jié)構(gòu)的有限單元可以為線段；二 維連續(xù)體的有限單元為三角形、四邊形；三維連續(xù)體的有限單元可以是四面體、長方體和六面體。具體說，進(jìn)行有限元分析，主要可分為如下幾步。每個(gè)單元都有一個(gè)位移函數(shù)與之相關(guān)。在有限元分析中，邊界條件的確定是非常重要的因素。包括集中力和分布力等。由于單元是組成有限元模型的基礎(chǔ)，因此單元類型對(duì)于有限元分析是至關(guān)重要的。在工程應(yīng)用上，有限元法在航空航天工程、機(jī)械工程、建筑工程、海洋工程、地質(zhì)工程、生物力學(xué)工程等諸多方面得到了廣泛的應(yīng)用。它可以用于已經(jīng)知道問題的微分方程和邊界條件、但是變分的泛函尚未找到或者根本不存在的情況，因而進(jìn)一步擴(kuò)大了有限元法的應(yīng)用領(lǐng)域。確認(rèn)了有限單元法是處理連續(xù)介質(zhì)問題的一種普遍方法。三角形單元的單元特性是由彈性理論方程來確定的，采用的是直 接剛度法。這說明了能量原理在有限元方法中有著重要的作用。 1943 年， Courant 嘗試應(yīng)用定義在三角形區(qū)域上的分片連續(xù)函數(shù)和最小位能原理相結(jié)合，來求解 扭轉(zhuǎn)問題，將此作為一種得到近似數(shù)值解的方法。 ⑩橋梁撓曲變形 、墩臺(tái)沉降、梁端轉(zhuǎn)角按所在線路的橋梁設(shè)計(jì)暫規(guī)取值。則對(duì)于 190mm 厚的軌道板，溫度梯度取為℃。 ③列車豎向疲勞檢算荷載供疲勞檢算中的計(jì)算使用，為列車運(yùn)行在線路上經(jīng)常出現(xiàn)的輪載值，單輪取為 倍靜輪載循環(huán)荷載。 ⑤以 “ 列車豎向疲勞檢算荷載＋溫度梯度 ” 按 50年內(nèi)荷載作用次數(shù)進(jìn)行疲勞檢算。 3） 結(jié)構(gòu)檢算內(nèi)容與荷載組合 （ 1）主體結(jié)構(gòu)中的軌道板、道床板、底座 ①所用材料的性能應(yīng)按設(shè)計(jì)壽命 50年，依據(jù)國標(biāo) GB500102020 中關(guān)于耐久性設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。 ③限位銷釘應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和檢算，還應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度檢算。 ③彈性墊層應(yīng)進(jìn)行剛度設(shè)計(jì)、強(qiáng)度檢算并依據(jù)設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的老化特性進(jìn)行選材。 （ 2）按我國結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系，設(shè)計(jì)壽命為 50 年的稱為半永久性結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)壽命為 100 年的稱為永久結(jié)構(gòu)，并沒有與設(shè)計(jì)壽命 60 年 (如德國采用的設(shè)計(jì)使用壽命 )對(duì)應(yīng)的耐久性設(shè)計(jì)要求。 德國 AKFF 規(guī)定配筋率為 到 %，鋼筋須設(shè)在軌道板的中間位置附近。 計(jì)算假定二：道床板混凝土處于未開裂狀態(tài)。當(dāng)沉降差在 0～ 3 mm 范圍時(shí)，需在道床板內(nèi)配附加鋼筋，且在混凝土底板和道床板之間要設(shè)置 PE 膜作為隔離層；當(dāng)沉降差大于 3 mm 時(shí)，應(yīng)將混凝土底板和道床板斷開設(shè)置，且在混凝土底板和道床板之間設(shè)置 PE 膜作為隔離層 。在施工和運(yùn)營過程中都必須嚴(yán)格監(jiān)控有可能產(chǎn)生沉降差的結(jié)構(gòu)縫，以便于及時(shí)調(diào)整沉降差。 3） 隧道接口 沉降縫處理：不同結(jié)構(gòu)縫處軌道設(shè)置斷縫；山區(qū)圍 巖穩(wěn)定是可不設(shè)斷縫。 無 砟 軌道施工以后的最大總殘余沉降量 SR應(yīng)不超過軌道的最大調(diào)整余量減去 5 mm。 2） 路基與排水接口 （ 1）路基沉降： 我國時(shí)速 300350公里暫規(guī)： ①有砟軌道路基工后沉降量不應(yīng)大于 5cm，沉降速率應(yīng)小于 2cm/年。 城際鐵路 設(shè)計(jì)速度 250km/h，無砟主要考慮鋪設(shè)于長大隧道地段、長橋地段及橋隧相連地段，其余路基地段以有砟軌道為主。 11. 預(yù)埋套管抗拔力：不小于 100kN。 7. 惡劣環(huán)境條件影響：扣件系統(tǒng)經(jīng) EN131466 所述 300h 鹽霧試驗(yàn)之后，用手工拆卸工具能順利拆卸。（試驗(yàn)荷載參數(shù)： Pv/cosα =70kN，L/V=，α =26176。 3. 鋼軌縱向阻力：一般地段大于 9kN（每組扣件），小阻力地段為 4kN（每組扣件）。它是一種預(yù)埋鐵座、無擋肩、不分開、可調(diào)式彈條扣件。目前京津城際路基下沉最大 47mm，預(yù)測還將發(fā)生 30mm。 6）軌道高度降低，節(jié)省隧道空間，降低橋梁二期恒載，相應(yīng)降低相關(guān)工程費(fèi)。 再創(chuàng)新工作的具體內(nèi)容 1） 國內(nèi)外無 砟 軌道系統(tǒng)技術(shù)總結(jié)及無 砟 軌道結(jié)構(gòu)選型 （ 1） Rheda2020 型無 砟 軌道系統(tǒng)技術(shù)總結(jié) （ 2） Zublin 型無 砟 軌道系統(tǒng)技術(shù)總結(jié) （ 3） Bogl 型板式無 砟 軌道系統(tǒng)技術(shù)總結(jié) （ 4）日本板式無 砟 軌道系統(tǒng)技術(shù)總結(jié) （ 5）我國無 砟 軌道前期試驗(yàn)研究成果總結(jié) 2） 我國客運(yùn)專線無 砟 軌道結(jié)構(gòu)選型報(bào)告 （ 1）無 砟 軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和方法 （ 2） 無 砟 軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)要求及設(shè)計(jì)圖，包括：路基（含樁板路基）、橋涵、隧道、岔區(qū)、過渡段等基礎(chǔ)上的無 砟 軌道結(jié)構(gòu)。 法國鐵路無砟軌道 STEDEF 雙塊式軌枕無 砟 軌道 為法國雙塊式軌枕混凝土道床無 砟 軌道，簡稱 STEDEF 軌道，類似瑞士 LVT、英國LVT 軌道。 4） 博格板式軌道 （ 1） 路基上博格板式軌道 結(jié)構(gòu)組成 路基上博格無 砟 軌道由 Vossloh 300 型彈性扣件、預(yù)制軌道板、砂漿調(diào)整層及水硬性材料支承層等部分組成。BLIN 無 砟 軌道 它類似 Rheda 軌道，是在新灌注的混凝土道床層上用特殊施工機(jī)械施加振動(dòng)，以使軌枕被安置在所規(guī)定的位置上。 德國鐵路規(guī)定試鋪的無 砟 軌道要經(jīng)過 5年的運(yùn)營考驗(yàn)后經(jīng)批準(zhǔn)才能正式使用。至 1997 年，已鋪設(shè) Rheda 無 砟 軌道約207km。 (4)槽型板的取消，使得軌道混凝土承載層的灌注混凝土的搗固作業(yè)質(zhì)量易于保證。 德國 Rheda 無 砟 軌道系統(tǒng)，經(jīng)歷了由傳統(tǒng) Rheda 軌道形式→ Rheda Sengeberg 軌道形式→ Rheda 軌道 Berlin HST 形式→ Rheda2020 軌道形式的發(fā)展過程 如下圖 : 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 2） Rheda2020 無 砟軌道的特點(diǎn) (1)與普通型軌道相比，軌頂?shù)剿残曰炷辽媳砻娴木嚯x減少到 473 毫米，軌道板各層的厚度累計(jì)減少了 177 毫米，在軌距不變的前提下，軌枕全長 米減少到 米。隨后又在雷達(dá)（ Rheda）車站和厄爾德（ Oelde）車站試鋪了 2 種無 砟 軌道。 (3)改善施工性能 ,板下 CA砂漿充填質(zhì)量更加均勻等。關(guān)于噪聲和振動(dòng)，可根據(jù)地基承載力的情況，視需要采取減振降噪技術(shù)對(duì)策。 (5) 工程建設(shè)費(fèi) 高于瀝青鋪裝軌道。 這種軌道的特點(diǎn)是： (1) 可以使用在高架橋上和隧道內(nèi)等剛性基礎(chǔ)上廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)Ａ型軌道板。 為能在土路基上或既有高架橋上鋪設(shè)，不采用凸形擋臺(tái)法阻止板的縱橫向移動(dòng)，而采用在板底作凹槽的方法，利用其與 CAM之間的阻力阻止板的移動(dòng)。在土路基上試鋪有 RA 型板式軌道和板式道岔，還試鋪有 Cc 型板式軌道、 B 型、 E 型和 C 型鋪裝軌道，以及框架軌道和梯型軌道等。 （ 2） 寬枕瀝青混凝土道床無 砟 軌道 （ 3） 承軌臺(tái)式混凝土道床板鋪裝無 砟 軌道 國外概況 日本情況 日本自 1965 年開始研發(fā)新型少維修軌道，在研發(fā)中曾提出過種種結(jié)構(gòu)方案，經(jīng)過方案比選，考慮到預(yù)制混凝土板在制造上容易保證精度，又可在板下與下部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置可供調(diào)整的緩沖墊層，又能滿足控制成本、快速施工、可維修性和軌道強(qiáng)度、彈性保持與有 砟 軌道等同水平等要求，因此，把這種結(jié)構(gòu)形式取名為 “ 板式軌道 ” 。 近年來，無 砟 軌道的應(yīng)用，在國外高速鐵路上發(fā)展很快，特別是在德國 新建高速線上連續(xù)長區(qū)段幾乎全線鋪設(shè)了 Rheda2020 無 砟 軌道。 這種無 砟 軌道結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是堅(jiān)固、耐久、可靠、幾何形位不易變動(dòng)，維修工作量小，具有軌道少維修的功能。 兩個(gè)試驗(yàn)段為： （ 1）隴海線寶天段白清隧道彈性整體道床結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段。課題研究的主要內(nèi)容如下： 課題研究內(nèi)容主要含有四個(gè)子課題和兩個(gè)試驗(yàn)段，四個(gè)子課題為： （ 1）彈性整體道床結(jié)構(gòu)及施工和鋪設(shè)技術(shù)條件的研究。 （ 3）施工機(jī)械化水平低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，進(jìn)度慢，軌道幾何精度不好，質(zhì)量難以保證。 總結(jié)以往剛性整體道床的運(yùn)用過程存在以下問題： （ 1）軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng) 度設(shè)計(jì)偏弱，剛度偏大，彈性不足，結(jié)構(gòu)動(dòng)應(yīng)力增大，易形成疲勞破壞； 如：發(fā)生支承塊松動(dòng)，支承塊擋肩破壞，扣件斷裂等現(xiàn)象。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，便于現(xiàn)場制造和施工。為迎接國務(wù)院已批準(zhǔn)的武廣、鄭西、石太、京津、合寧、合武、溫福、福廈、甬溫 9 條鐵路客運(yùn)專線建設(shè)高潮的到來，實(shí)現(xiàn)鐵路跨越式發(fā)展，到 2020 年客運(yùn)專線達(dá)到 4000km，到2020 年達(dá)到 10000km 的目標(biāo)，必須樹立堅(jiān)持部黨組提出的 “ 以人為本、服務(wù)運(yùn)輸、強(qiáng)本簡末、系統(tǒng)優(yōu)化、著眼發(fā)展 ” 的建設(shè)新理念。在西康線秦嶺隧道、蘭武線烏鞘嶺特長隧道（長 ）等修建彈性支承塊式無 砟 軌道。 90 年代以來，在京九線九江長江大橋引橋（長 7km）上鋪設(shè)了無 砟 無枕軌道。 60 年代以后，隨著山區(qū)鐵路的修建，先后在成昆線、京原線、京通線、南疆線等隧道內(nèi)鋪設(shè)了剛性支承塊式混凝土整體道床軌道，總延長約 300km。 50年代又在沈吉線水簾洞隧道鋪設(shè)了預(yù)埋長木枕混凝土道床軌道。 80 年代初，還曾在皖贛線溶口隧道內(nèi)首次鋪設(shè)了類似日本的乳化瀝青水泥砂漿墊層 式板式軌道。 本世紀(jì)初以來，為適應(yīng)鐵路運(yùn)輸行車速度的不斷增長，又相繼在秦沈客運(yùn)專線雙何曲線特大橋（長 740m）和狗河特大橋（長 741m）上鋪設(shè)了板式軌道，沙河特大橋（長692m）上鋪設(shè)了枕式無 砟 軌道。 2020 年初，國務(wù)院批準(zhǔn)了《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，確定了鐵路網(wǎng)建設(shè)的藍(lán)圖。 剛性支承塊 整體道床 我國早在五十年代就曾開始鋪設(shè)隧道內(nèi)整體道床，其主要結(jié)構(gòu)形式是隧道內(nèi)的砼支蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 承塊式整體道床，至今，統(tǒng)計(jì)累計(jì)鋪設(shè)了約 300 余公里。但也有不少隧道內(nèi)的整體道床在運(yùn)營中出現(xiàn)了難以修復(fù)的病害，較嚴(yán)重的不得不拆除改為普通有 砟 軌道。 （ 2）道床澆注前或隧道鋪底前，基底浮 砟 及異物清理不徹底，運(yùn)營后使道床砼板下不實(shí)，產(chǎn)生破壞。 1995 年 2020 年，由鐵一院主持、鐵科院、大興鐵道建筑設(shè)計(jì)院、等多家單位參與的 “ 彈性整體軌道結(jié)構(gòu)及施工工藝和機(jī)具的研究 ” 科研項(xiàng)目。 （ 4）彈性整體道床施工工藝及機(jī)具設(shè)備的研究。它包括鋼軌及其扣件、穿孔混凝土枕、混凝土道床和混凝土底座。 應(yīng)當(dāng)指出，在土路基上鋪筑無 砟 軌道，由于土路基的承載能力較低，又對(duì)動(dòng)載荷和水浸蝕反應(yīng)敏感，因此，必須特別重視對(duì)地基的加強(qiáng)處理和排水設(shè)施的良好設(shè)置。單層道床為厚 35cm 的底部配置鋼筋網(wǎng)的 C30 混凝土，雙層道床下層為寬 350cm、厚 30cm 的底部配置鋼筋網(wǎng)的 C15 混凝土，上層為寬 250cm、厚 27cm的 C25 混凝土，支承塊采用 C40鋼筋混凝土。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 圖 日本在高架橋上、隧道內(nèi)等堅(jiān)固基礎(chǔ)上大量鋪設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)定型的 A型板式軌道，目前正在研制試鋪各種型式的減振降噪板式軌道， G 型防振板式軌道已標(biāo)準(zhǔn)定型。 1） RA 型板式軌道 RA 型板式軌道結(jié)構(gòu)，它是由鋼軌、鋼軌扣件、軌道板、 CAM（水泥瀝青砂漿）填充層和瀝青混凝土基床等部分構(gòu)成的 。 它是由砂層、下部鋪裝（由級(jí)配碎石層、礦渣層、水泥穩(wěn)定處理層或?yàn)r青中間層組蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 成的強(qiáng)化路基）、鋼筋混凝土底座、乳化瀝青水泥砂漿層（ CAM）、Ａ型軌道板、鋼軌扣件和鋼軌等構(gòu)成的。 (4) 與瀝青鋪裝施工時(shí)可采用道路工程鋪裝用的大型施工機(jī)械相比，施工效率降低了，并且需要較長的養(yǎng)生時(shí)間。 關(guān)于工程建設(shè)費(fèi)，如考慮其使用壽命期限內(nèi)的全部費(fèi)用（建設(shè)費(fèi)＋維修費(fèi)＋管理費(fèi)），未必就不經(jīng)濟(jì)。 (2)減少板的體積和重量及 CA 砂漿用量 ,降低生產(chǎn)成本和運(yùn)費(fèi) ,獲得更好的經(jīng)濟(jì)性 。 上世紀(jì) 70 年代，首先在希爾舍特（ Hirschaid）車站試鋪了 3 種類型的無 砟 軌道。經(jīng)過多年在土路基上、高架橋上和隧道內(nèi)的試鋪試驗(yàn)，不斷完善、改進(jìn)、優(yōu)化，形成了德國鐵路運(yùn)用較為普遍的無 砟 軌道系列，并于 1989 年基本定型并統(tǒng)稱為 Rheda 軌道。 (3)對(duì)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(duì)單一，施工質(zhì)量容易控制，更適應(yīng)于高速 鐵路。 19721988 年鋪設(shè)無 砟 軌道 25 處，延長 19km， 19891997 年又鋪設(shè)無 砟 軌道 22處，延長 188km，遍及土路基、橋梁和隧道工程結(jié)構(gòu)。紐倫堡 英格爾城高速新線亦鋪設(shè) Rheda2020 無 砟 軌道。 3） Z220。BLIN 無 砟 軌道已鋪設(shè)總延長 18km。這種軌道已被英國、西班牙、南非、加拿大和荷蘭等國廣泛用于大軸重高速客