【正文】 運(yùn)專線的隧道內(nèi)和橋梁結(jié)構(gòu)上，鋪設(shè)總延長約為 80km。 我國無砟軌道技術(shù)再創(chuàng)新概況 再創(chuàng)新工作的總體目標(biāo) 在前期科研成果和引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對無 砟 軌道系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行再創(chuàng)新； 研發(fā)無 砟 軌道設(shè)計(jì)、制造、施工等成套技術(shù)及裝備，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和施工效率優(yōu)于引進(jìn)技術(shù)，總體性能不低于國外無 砟 軌道系統(tǒng)。 5）縱向穩(wěn)定性提供更好的防爬能力，可使線路設(shè)計(jì)更大的縱坡，適應(yīng)地形好，節(jié)省工程費(fèi)。 缺點(diǎn)分析 1）對路基穩(wěn)定性和沉降值要求高（客專 15～ 20mm），基礎(chǔ)處理費(fèi)用較高。 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)確定的無砟軌道種類適用性 目前標(biāo)準(zhǔn)參考圖編制種類： 彈性支承塊式 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 CRTSⅠ型雙塊式 CRTSⅡ型雙塊式 CRTSⅠ型板式 CRTSⅡ型板式 扣件 預(yù)埋鐵座式彈性可調(diào)扣件 可調(diào)式彈性扣件是為秦嶺特長隧道內(nèi)彈性支承塊式無 砟 軌道上使用而研發(fā)的。 2. 軌底坡：在鐵墊板上設(shè)置 1:40 軌底坡。 5. 疲勞性能：扣件系統(tǒng)按 EN131464 進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng) 300 萬次荷載循環(huán)后零部件無傷損，軌距擴(kuò)大小于 6mm，且扣壓力變化≤ 20%、 鋼軌縱向阻力變化≤ 20%、節(jié)點(diǎn)靜剛度變化≤ 25%。 km，并滿足軌道電路的要求。 10. 彈條扣壓力及彈程： W1 型彈條：扣壓力大于 9kN，彈程 14mm； X2 型彈條：扣壓力6kN，彈程 12mm。 其中溫暖地區(qū) CRTSⅠ型雙塊式、 CRTSⅡ型雙塊式采用連續(xù)結(jié)構(gòu)，寒冷地區(qū)可考慮分塊式單元結(jié)構(gòu)； CRTSⅠ型板式溫暖地區(qū)可采用框架式，寒冷地區(qū)可采用大 板，目前不主張?jiān)诤涞貐^(qū)采用 CRTSⅡ型連續(xù)板（博格）。 3）施工方法、進(jìn)度指標(biāo) 4）維修性指標(biāo) 5）經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 設(shè)計(jì)選型 結(jié)構(gòu)選型原則 （ 1）結(jié)構(gòu)形式與速度、軸重、運(yùn)量匹配 （ 2）技術(shù)成熟 （ 3）可施工性好 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 （ 4）經(jīng)濟(jì)性好 設(shè)計(jì)接口 1） 線路與超高接口 線路曲線半徑與外軌超高關(guān)聯(lián)，由于無砟軌道橫向穩(wěn)定性更好， 可以使曲線超高更大些 ，因此使線路曲線半徑更小 。工后沉降一般不應(yīng)超過扣件允許的沉降調(diào)高量 15mm；沉降比較均勻、長度大于 20m 的路基，允許的最大工后沉降量為 30mm，并且調(diào)整軌面高程后的豎曲線半徑應(yīng)能滿足下列要求： Rsh≥ 沉降值 —— 15mm 德國擬合豎曲線理論： 德國設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) RIL836 規(guī)定：無 砟 軌道結(jié)構(gòu)的總殘余沉降量 SR 應(yīng) 滿足 1 要求，個(gè)別特殊情況應(yīng)滿足 2要求。 個(gè)別特殊情況，結(jié)構(gòu)的總殘余沉降量可以調(diào)整至 6 cm，前提是根據(jù)列車行駛動(dòng)力學(xué)原理 Ra ? ve2 ，對線路長的落差值采取一定的過渡措施。 隧道結(jié)構(gòu)相鄰單元之間的沉降差不能超過 3 mm。 在結(jié)構(gòu)縫處沒有設(shè)置活動(dòng)連接的軌道結(jié)構(gòu)單元，應(yīng)采取必要的措施，以避免兩層混凝土結(jié)構(gòu)之間互相粘連，以及由于下部結(jié)構(gòu)的變形而加劇上部道床板裂縫的發(fā)展。角向下傳遞的 。 無 砟 軌道設(shè)計(jì)是基于德國鐵路要求 (AKFF)和 Eisenmann 教授和 Leykauf 教授 的理論。 （ 2） 橋上無 砟 軌道設(shè)計(jì)原理及計(jì)算方法 設(shè)計(jì)原理同路基上無 砟 道岔與長橋上無 砟 軌道，特別考慮了下列因素的影響： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 橋梁撓曲變形的影響； 橋上無縫線路附加縱向力的影響； 國內(nèi)檢算方法概況 1） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)檢算使用年限 （ 1）無 砟 軌道的設(shè)計(jì)與檢算采用容許應(yīng)力法。 ②砂漿層應(yīng)進(jìn)行抗拉壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度檢算。 ②凸形擋臺、底座上的凸形限位臺、底座側(cè)面的限位器等應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和檢算。 ⑥其他附屬結(jié)構(gòu)根據(jù)需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算或檢算，必要時(shí)進(jìn)行疲勞檢算。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 ④以 “ 列車豎向準(zhǔn)靜態(tài)檢算荷載＋溫度梯度＋縱向溫度力＋基礎(chǔ)變形＋混凝土收縮 ”進(jìn)行強(qiáng)度檢算。 ②列車豎向準(zhǔn)靜態(tài)檢算荷載供靜力檢算中的計(jì)算使用，為列車運(yùn)行在線路上的最大可能輪載值，單輪取為 。 ⑥進(jìn)行平板溫度翹曲應(yīng)力計(jì)算時(shí)，參照公路規(guī)范《（ JTG D402020）公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》的溫度梯度取值，將取值除以 2，再取不同地區(qū)的平均值，建議我國無 砟軌道設(shè)計(jì)中溫度梯度的取值暫定為 45℃ /m。 ⑨路基沉降暫按 15mm/20m 取值。 4） 比較分析的初步結(jié)論 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 （ 1）建議采用梁板理論進(jìn)行列車荷載作用下的彎矩計(jì)算 （ 2）疊合梁理論修正后也可用于設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 3）梁體有限元計(jì)算理論宜作為研究中使用 圖 圖 梁 板模型 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 梁 體模型 3 有限元介紹 有限元方法的發(fā)展歷史 早在 1941 年， Hrennikoff 用線單元網(wǎng)絡(luò)求解連續(xù)體中的應(yīng)力，從而在 20 世紀(jì) 40年代便開始了有限元方法的現(xiàn)代發(fā)展。 1954 年， Argyris 和 Kelsey 利用能量原理建立了矩陣結(jié)構(gòu)分析方法。他們第一次給出了用三角形單元求得平面應(yīng)力問題的正確解答。 1963— 1964 年， Besseling ， Melosh 和 Jons 等人證明了有限單元法是基于變分原理的里茲法的另一種形式，從而使里茲法分析的所有理論基礎(chǔ)都適用于有限單元法。 60 年代以后，在有限元法中主要利用的是伽遼金 (Galerkin)法，采用加權(quán)余量方式來確定單元特性和建立有限元求解方程。在工程分析中的作用已從分析和校核發(fā)展到優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAE)技術(shù)相結(jié)合。常見的單元類型有線段單元、三角形單元、四邊形單元、四面體單元和六面體單元幾種。 (3)載荷 工程結(jié)構(gòu)所受到的外在施加的力稱為載荷。 (4)邊界條件 邊界條件就是指結(jié)構(gòu)邊界上所受到的外加約束。 有限元方法的一般步驟 有限無法用相互連接的單元模擬結(jié)構(gòu)。描述每一節(jié)點(diǎn)特性的整組方程得出一系列用矩陣符號最佳表示的代數(shù)方程。單元必須小到可以給出有用的結(jié)果，又必須足夠大以節(jié)省計(jì)算費(fèi)用。分析人員必須要決定單元的類型、數(shù)目、大小和排列方式，以便能夠合理有效地表示給定的物理系統(tǒng)。用戶所要做的是選擇多項(xiàng)式的階次、以使多項(xiàng)式在可以承受的計(jì)算時(shí)間內(nèi)達(dá)到足夠的精度。此外，應(yīng)力和應(yīng)變必須通過應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 (通常 叫做本構(gòu)關(guān)系 )聯(lián)系起來。單元?jiǎng)偠榷剃噷⒐?jié)點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)力聯(lián)系起來，物體受到的分布載荷變換為節(jié)點(diǎn)處的等價(jià)集中力。 步驟 6：解未知自由度 即是求解上面得到的矩陣方程。 步驟 8：解釋結(jié)果 最 后的目標(biāo)是解釋和分析用于應(yīng)力應(yīng)變分析過程的結(jié)果。 有限元方法的優(yōu)缺點(diǎn) (1)有限元法的優(yōu)點(diǎn) ①有限元法不需要適用于整個(gè)物體的插值闡述，而是對每個(gè)單元各自插值，故此可以很容易地模擬具有不規(guī)則復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 ④邊界條件不進(jìn)入單個(gè)有限單元的方程，而是在得到整體方程后再加入邊界條件，這樣，內(nèi)部和邊界單元都能采用相同的場變量模型。 ⑦單元的尺寸大小可以變化，而且改變有限元模型也比較容易。 計(jì)算資源包括計(jì)算時(shí)間、內(nèi)存和硬盤空間。 有限元方法的應(yīng)用 有限元方法可用于分析結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)問題。 (2)非結(jié)構(gòu)問題 ①熱傳遞問題。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 有限元發(fā)展方向及重大進(jìn)展 國際上的發(fā)展 當(dāng)今國際上有限元方法和軟件發(fā)展呈現(xiàn)出以下一些趨勢待征。例如建筑行業(yè)中的高層建筑和大跨度懸索橋的出現(xiàn)，就要求考慮結(jié)構(gòu)的大位移和大應(yīng)變等幾何非線性問題；航天和動(dòng)力工程的高溫部件存在熱變形和熱應(yīng)力，也要考慮材料的非線性問題；諸如塑料、橡膠和復(fù)合材料等各種新材料的出現(xiàn)，僅靠線性計(jì)算理論就不足以解決遇到的問題，只有采用非線性有限元算法才能解決。在現(xiàn)在的工程工作站上，求解一個(gè)包含 10 萬個(gè)方程的有限元模型只需用幾十分鐘。在強(qiáng)調(diào)“可視化”的今天，很多程序都建立了對用戶非常友好的 GUI(Graphics User Interface)，使用戶能以可視圖形 方式直觀快速地進(jìn)行網(wǎng)格自動(dòng)劃分，生成有限元分析所需數(shù)據(jù)。所以，當(dāng)今所有的商業(yè)化有限元系統(tǒng)商都開發(fā)了與著名的CAD 軟件 (例如 Pro／ ENGINEER， Unigraphics， SolidEdge， SolidWorks,IDEAS,Bentley和 AutoCAD 等 ） 的接口。由于國內(nèi)沒有類似功能軟件，從國外引進(jìn)具有這種功能的軟件的費(fèi)用又特別昂貴。需要開發(fā)能直觀地通過對“菜單”“窗口”“對話框”和“圖標(biāo)”等可視圖形畫面相符號的操作，自動(dòng)建立有限元分析模型，并以交互方式實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果的可視化處理，提高有限元分析的效率相精確性，也便于用于學(xué)習(xí)和掌握。因?yàn)橛邢拊治鲋饕糜谛螤畋容^復(fù)雜的零 部件，所以要與具有三維造型功能的 CAD 軟件集成，使設(shè)計(jì)和分析緊密結(jié)合、融為一體。從 PC 機(jī)到工作站，直至巨型計(jì)算機(jī)， ANSYS 文件在其所有的產(chǎn)品系列及工作平臺上均兼容。 ANSYS軟件技術(shù)特點(diǎn)體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)。 用戶不 但可以利用其進(jìn)行結(jié)構(gòu)、熱、流體流動(dòng)、電磁等的單獨(dú)研究，還可以進(jìn)行這些類型的相互影響研究。 (5)唯一具有多物理場優(yōu)化功能的有限元分析軟件。產(chǎn)品系列由一整套可擴(kuò)展的、靈活集成的、具有一定功能的各模塊組成，用戶只需購買自己需要的模塊即可。應(yīng)用宏、參數(shù)設(shè)計(jì)語言、用戶可編程特性、用戶自定義界面語言、外部命令等功能，可以開發(fā)出適合自己特點(diǎn)的應(yīng)用程序。前處理模塊主要實(shí)現(xiàn)三種功能；參數(shù)定義、實(shí)體建模、網(wǎng)格劃分。用戶可以先定義點(diǎn)、線、面，然后由所定義的圖元生成體 (由下到上建模 )；也可以先建立起實(shí)體，程序則自動(dòng)定義相關(guān)的下級圖元 (由上到下建模 )。 2)求解模塊。 (2)載荷 所謂的載荷應(yīng)該包括邊界條件 (約束、支承、邊界場的參數(shù) )和其他外部或內(nèi)部作用載荷。載荷步對于將一個(gè)瞬態(tài)載荷歷程曲線劃分成幾段是有用的。 (3)制定載荷步 載荷步選項(xiàng)用于更改載荷步的選項(xiàng)，如子步數(shù)、載荷步的結(jié)束時(shí)間和輸出控制。 ANSYS 的后處理模塊分為兩部分：通用后處理模塊 (POST1)和時(shí)間歷程后處理模塊 (POST26)。 (2)時(shí)間歷程后處理模塊 (POST26) POST26 可用于查看模型特定點(diǎn)在所有時(shí)間步內(nèi)的結(jié)果。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題； ANSYS 程序中的靜力 分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析。 ANSYS 可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析類型包括瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析。 (4)動(dòng)力學(xué)分析。 ANSYS 軟件可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對流和輻射。主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、電路和能量損失等。分析結(jié)果可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和通過每個(gè)單元的流率。軟件的聲學(xué)功能用來研究合流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及他電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能分析。如果兩個(gè)物理場之間相互影響，單獨(dú)求解一個(gè)物理場是不可得到正確結(jié)果的。設(shè)計(jì)方案的任何方面都是可以優(yōu)化的。是指形狀優(yōu)化，有時(shí)也稱為外形優(yōu)化。 4)單元的生死。 5)用戶可擴(kuò)展功能 (UPF)。 (2)用戶實(shí)參：單元“ COMBIN7”和“ COMBIN37”允許實(shí)參在用戶自己的非線性功中被修改。 (6)用戶熔脹準(zhǔn)則：如果在分析中計(jì)入熔脹 (如中子爆炸 )，可自定義合適的熔脹準(zhǔn)則。 (9)用戶失效準(zhǔn)則：適用于層單元“ SOLID46”和“ SHELL99”。 (12)用戶載荷向量：對于單元“ PIPE59”允許用戶生成復(fù)數(shù)的載荷向量用于頻率范圍邏輯。 ANSYS 主要系列產(chǎn)品介紹 ANSYS 產(chǎn)品系列是由一套可自由選配集成的功能模塊組成的，用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際需要選擇集成某些模塊以便滿足行業(yè)工程需求。 (2)ANSYS／ Mechanical：該產(chǎn)品能夠進(jìn)行所有的結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)分析以及壓電和聲學(xué)分析，但是不能進(jìn)行電磁學(xué)、 CFD FLORTRAN 和顯式動(dòng)力學(xué) 分析。 (6)ANSYS／ PrepPost：提供前處理階段的建模功能以及后處理階段的結(jié)果分析處理 ?？赡M電磁場、靜電學(xué)、電路及電流傳導(dǎo)分析。 5. 板式軌道 設(shè)計(jì) 板式軌道設(shè)計(jì)總體概述 引言 無砟軌道是一種新型的軌道結(jié)構(gòu) ,相對于有砟軌道而言 ,無砟軌道是以混凝土或?yàn)r青混合料等取代散粒道砟道床而組成的軌道結(jié)構(gòu)型式。我國無砟軌道結(jié)構(gòu)的理論設(shè)計(jì)計(jì)算水平發(fā)展還不夠成熟 ,現(xiàn)在基本上采用疊合梁的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì) ,該 方法計(jì)算簡單 ,但是精確度不夠。 (2)未考慮鋼軌、軌道板等結(jié)構(gòu)的自重 。 鋼軌的彈性模量為 510 MPa,鋼軌的截面慣性矩為 510? 4m 。 荷載選用德國 ICE 軸重 195kN,取動(dòng)載系數(shù)為 ,則計(jì)算中每個(gè)動(dòng)輪重取 (軸重 /2) ≈300 kN。 M) (KN M) (KN當(dāng)荷載作用于板端時(shí)，其它力學(xué)響應(yīng)值較大。 板式軌道配筋計(jì)