【正文】 MPa 拉應(yīng)力 MPa 橫向應(yīng)力 壓應(yīng)力 MPa 拉應(yīng)力 MPa 豎向位移 最大下沉值 mm 最大上翹值 mm 自密實(shí)混凝土 縱向應(yīng)力 壓應(yīng)力 MPa 拉應(yīng)力 MPa 橫向應(yīng)力 壓應(yīng)力 MPa 拉應(yīng)力 MPa 豎向位移 最大下沉值 mm 最大上翹值 mm 支承層 縱向應(yīng)力 壓應(yīng)力 MPa 拉應(yīng)力 MPa 橫向應(yīng)力 壓應(yīng)力 MPa 拉應(yīng)力 MPa 豎向位移 最大下沉值 mm 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 最大上翹值 mm CRTSⅢ 型 板式無(wú)砟軌道軌道板、支承層的縱橫向 彎矩如下表 。 （六）地基 對(duì)于地基我們采用的是實(shí)體單元 SOLID45 對(duì)其進(jìn)行模擬。 圖 實(shí)體模型 圖 單元模型（網(wǎng)格劃分） 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 單元模型劃分網(wǎng)格左視圖 圖 單元模型劃分網(wǎng)格正視圖 一、 單元的定義 （一）鋼軌 鋼軌是軌道上機(jī)車(chē)運(yùn)行必不可少的組成部分。由于實(shí)體單元不能得到直接的彎矩參數(shù)，所以我們不采用實(shí)體單元對(duì)軌道板和支承層進(jìn)行模擬。 圖 凹槽處彈性墊層示意圖 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第三章 計(jì)算參數(shù)與模型 第一節(jié) 計(jì)算參數(shù)的選取 建立模型時(shí)鋼軌選用的是普通軌 60型。 圖 軌道板平面布置圖 二、 自密實(shí)混凝土層 CRTSⅢ 型無(wú)砟軌道的軌道的 軌道板下灌注自密實(shí)混凝土層，它所使用的混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是 C40，自密實(shí)混凝土層在直線(xiàn)地段的寬度為 2700mm，但是在曲線(xiàn)地段則是寬度為 2600mm，厚度為 90mm,然而其長(zhǎng)度是和軌道板一致。 (二 )軌道板以有擋肩扣件以及雙向預(yù)應(yīng)力為配套設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 CRTSⅢ 型板式無(wú)柞軌道其鋼軌為普通 60軌?？奂捎?WJ8C 型扣件，如下圖所示。 CRTSⅢ 型無(wú)砟軌道的總體設(shè)計(jì)思路是“橋上單元、路基縱連”。 其次，本文選擇 CRTSⅢ 型板式無(wú)砟軌道作為研究對(duì)象，深入的研究了土質(zhì)路基上板式無(wú)砟軌道的受力變形特點(diǎn)。因?yàn)閱卧迨綗o(wú)砟軌道使用預(yù)制板，所以單元板式無(wú)砟軌道的施工速度比較快，并且單元板式無(wú)砟軌道的可維修性比較強(qiáng)，同時(shí)結(jié)構(gòu)承力和傳力路線(xiàn)也很明確，非常有利于進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化施工管理，但同時(shí)它的 CA 砂漿是薄弱環(huán)節(jié)。目前在我國(guó)， CRTSⅢ 型板式無(wú)砟軌道已被成功的應(yīng)用在成灌線(xiàn)上。 (七 )一般情況下，在橋梁固定支座上方，在橋梁和底座板之間設(shè)置剪力齒槽和預(yù)埋件，從而能夠達(dá)到及時(shí)將制動(dòng)力、溫度力傳遞到墩臺(tái)上的目的。沿線(xiàn)路縱向底座、支承層及軌道板都是連接結(jié)構(gòu)，如 圖 所示。 (二 )由于施工性能非常好，可以最大限度地減少在現(xiàn)場(chǎng)上的工作量，從而能夠使用機(jī)械化施工，因此提高了作業(yè)水平，大大加快了施工進(jìn)度。 CRTSⅠ 型板式軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下 : (一 )由于采用了比較堅(jiān)實(shí)的混凝土基礎(chǔ)，所以減小了軌道板的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。 CRTSⅠ 型軌道板采用塌落度為 80120 mm 的 C60 混凝土灌注，經(jīng)過(guò)靜停、升溫、恒溫、降溫這四個(gè)階段的蒸汽養(yǎng)護(hù)控制，采用后張法施加預(yù)應(yīng)力以保證軌道板的高強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)。對(duì)于京津城際上的關(guān)于無(wú)砟軌道的進(jìn)一步研究，研究產(chǎn)生了適合我國(guó)的新的 CRTSⅡ 型無(wú)砟軌道。除此之外還有由涵青灌注的固化道床沒(méi)能被推廣應(yīng)用。在這些國(guó)家的高速鐵路和重載的橋、隧結(jié)構(gòu)上均有采用，其總共的鋪設(shè)長(zhǎng)度約為 80 千米。軌道板，采用 6500mm*2550*200mm的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 。砂漿層 (采用高性能水泥瀝青砂漿 )為半剛性材料，彈性模量達(dá)到 5000N/mm2，接近其下的支承層，厚度僅為 30mm，目的是將軌道板和底座板連接成整體結(jié)構(gòu)。 圖 路基上 Rheda 2020 雙塊式無(wú)砟軌道斷面 （二）旭普林型無(wú)砟軌道 德國(guó)在 1974 年開(kāi)發(fā)了旭普林型無(wú)砟軌道，與雷達(dá)無(wú)砟 軌道的主要區(qū)別在于以下幾點(diǎn)： （ 1）施工工藝比較有特點(diǎn)，先澆筑道床板混凝土，后通過(guò)振動(dòng)法將軌枕壓入道床混凝土中，直至達(dá)到精確地位置。在此期間先后在土質(zhì)路基、高架橋上及隧道內(nèi)試鋪了多種混凝土道床和瀝青混凝土道床的無(wú)砟軌道，經(jīng)過(guò)不斷地改進(jìn)、優(yōu)化和完善，形成了德國(guó)鐵路的七大系列四十多種無(wú)砟軌道和比較成熟的技術(shù)規(guī)范與管理體系，并且研制了成套的施工機(jī)械和工程質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備，為無(wú)砟軌道在德國(guó)鐵路上廣泛推廣應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件。 框架型軌道板主要有以下一些特點(diǎn)有 : (l) 減少了軌道板的體積和自重，減少了很多的乳化水泥瀝青砂漿墊層 (CA 砂漿 )用量，降低了生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益有很大的提高 。 一、 日本的無(wú)砟軌道 日本發(fā)展無(wú)砟軌道采取的是統(tǒng)一的推廣研究模式，而且以板式軌道為主要研究方向，新干線(xiàn)的無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)型式相對(duì)單一。 雙塊式無(wú)砟軌道按照軌枕與道床板的關(guān)系可以分為三類(lèi)：軌枕支承式無(wú)砟軌道、軌枕嵌入式無(wú)砟軌道和軌枕埋入式無(wú)砟軌道。在世界鐵路得到迅猛 發(fā)展主要得益于其優(yōu)點(diǎn)：使用壽命長(zhǎng)、剛度均勻性好、平順性好、軌道幾何形位能持久保持、維修工作量少等。我國(guó)將于 2020 年基本完成高速鐵路的修建和對(duì)既有線(xiàn)路的全面改造，使高速鐵路遍及我國(guó)主要的城市和地區(qū)，高速鐵路網(wǎng)基本形成，使鐵路成為主要的交通工具。在此段時(shí)間內(nèi)，出現(xiàn)了著名的瑞典擺式列車(chē)和英法國(guó)際局速鐵路（局速鐵路下穿英吉利海峽）。雖然我們的研究應(yīng)用起步也很早，但是由于各種原因，還是沒(méi)有形成成熟的體系，因此在對(duì)國(guó)外高速鐵路設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面上，我們要抓緊學(xué)習(xí)與研究，同時(shí)還要討論國(guó)外技術(shù)在我國(guó)的適用性，并通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，進(jìn)而能夠形成具有鮮明中國(guó)特色的軌道 型式。而我國(guó)通過(guò)在秦沈客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)上的試鋪，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為以后大規(guī)模的鋪設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。進(jìn)一步 加大建設(shè)“四縱四橫”的快速客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)。我國(guó) 2020 年建成的秦沈客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)，全線(xiàn)按 200km/h 的速度設(shè)計(jì)，從山海關(guān)至綏中的試驗(yàn)段設(shè)計(jì)時(shí)速為 300km/h，這拉開(kāi)了我國(guó)高速鐵路發(fā)展的序幕。但是其在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，存在的產(chǎn)生不均勻的下沉，線(xiàn)路幾何行位較難于長(zhǎng)期保持，維修工作量大等缺點(diǎn)。并且鋪設(shè)了和實(shí)驗(yàn)了這三種型式的實(shí)際尺寸模型，還使用在了相關(guān)的工程中。受到日本高速鐵路的影響，歐洲各國(guó)也開(kāi)始了建設(shè)高速鐵路，到 2020 年，世界范圍內(nèi)的高速鐵路運(yùn)營(yíng)總里程己超過(guò) 6000 公里（且主要集中于歐洲和日本）。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在此蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 段時(shí)間內(nèi)，國(guó)外修建高速鐵路的總共里程已超過(guò) 3000 公里。它的主要作用是引導(dǎo)車(chē)輛運(yùn)行，直接承受荷載，然后再傳遞給路基或撟隧。 無(wú)砟軌道的主要優(yōu)點(diǎn)是：良好的穩(wěn)定性，幾何形位能持久保持，能減少養(yǎng)護(hù)維修工作量；長(zhǎng)波不平順性好，可提升乘車(chē)舒適度；耐久性好，軌道使用壽命長(zhǎng)；橫向阻力提 高，安全性高；結(jié)構(gòu)高度低，自重輕，可降低隧道凈空，減少橋梁二期恒載；道床整潔蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 好看，從而解決了由于道砟飛濺所導(dǎo)致的很多問(wèn)題；對(duì)渦流制動(dòng)系統(tǒng)能夠更好的適應(yīng)，從而提供充足的富余量為將來(lái)更快速的列車(chē)行駛。 Sonneville 型和Stedef 型以及 Sateba5312 型等是最常見(jiàn)的嵌入式無(wú)確軌道結(jié)構(gòu)。 板式軌道是日本新干線(xiàn)無(wú)砟軌道的主要結(jié)構(gòu)型式，其主要結(jié)構(gòu)有普通 A 型板式軌道（圖 和圖 ） 和框架型軌道板 （圖 和圖 ） 。 下圖為兩種日本板式軌道結(jié)構(gòu)圖形，由混凝土底座、凸形擋臺(tái)、板下乳化水泥瀝青砂漿墊層 (CA 砂漿 )、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土軌道板、扣件、鋼軌等組成。運(yùn)營(yíng)實(shí)踐表明，幾乎沒(méi)有其他維修工作，維修工作量很少，顯示出良好的質(zhì)量與性能，已廣泛應(yīng)用在土質(zhì)路基上、隧道內(nèi)和高架橋上，在德國(guó)高速鐵路上已鋪設(shè) 470km，韓國(guó)高速鐵路上鋪設(shè) 50多 千米 ，中國(guó)臺(tái)灣省高速鐵路的 96組道岔也為雷達(dá)軌枕埋入式無(wú)砟道岔。 （ 4）保證軌面 施工精度的質(zhì)量控制更為復(fù)雜；但是其施工進(jìn)度快，成本相對(duì)雷達(dá)型低。 博格板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)及構(gòu)造見(jiàn) 圖 。 2020 年德國(guó)聯(lián)邦鐵路管理局批準(zhǔn)對(duì) Getrac 型軌道進(jìn)行設(shè)計(jì)完善工作，包括減少瀝青層寬度和厚度，優(yōu)化支承層變形模量，減少結(jié)構(gòu)層數(shù)量。 四、 我國(guó)的無(wú)砟軌道 我國(guó)無(wú)砟軌道的研究與國(guó)外的研究幾乎同步，都是上個(gè)世紀(jì) 60 年代左右，但是由于當(dāng)初我國(guó)的國(guó)情和周邊環(huán)境的影響，使我國(guó)的無(wú)砟軌道的研究研究進(jìn)步緩慢。 圖 秦沈線(xiàn)板式無(wú)砟軌道橫截面圖 我國(guó)臺(tái)灣省高速鐵路（臺(tái)北一高雄）的全線(xiàn)長(zhǎng)度為 345 千米已經(jīng)投入使用，鋪設(shè)的無(wú)砟軌道的總長(zhǎng)度達(dá)到了 155 千米 ,其中德國(guó)雷達(dá) 2020 型無(wú)砟軌道鋪設(shè)在 96組道岔區(qū)(總共 123 組）。CRTSⅡ 型和 I 型一樣也是兩種類(lèi)型。在這其中，扣件采用的標(biāo)準(zhǔn)是無(wú)擋肩彈性分開(kāi)式扣件，要小心節(jié)點(diǎn)間距。 (三 )這種無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)采用層次分明的層狀結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)原理，維修或撤換比較方便。 (四 )具有很好的減振降噪能力以及抗震性能、同時(shí)也有較好的彈性。 (二 )軌道板相互之間通過(guò)縱向精軋螺紋鋼筋連接，較好的解決了板端的變形問(wèn)題，從而能夠改善軌道板施加于下面結(jié)構(gòu)的受力，提高了行車(chē)舒適程度。 (九 ) 在底座板兩側(cè)設(shè)置側(cè)向擋塊，進(jìn)行橫向、豎向限位。 (二 )建議加大軌道原材料方面的實(shí)驗(yàn)研究，比如加大對(duì)自密實(shí)混凝土和路基軌道板的連接材料以及軌道間填充材料等方面的實(shí)驗(yàn)研究。 第七節(jié) 本文研究的意義、主要內(nèi)容及方法 一、 本文研究的意義 我國(guó)的 CRTSⅢ 型板式無(wú)砟軌道最早出現(xiàn)在成灌線(xiàn)上。這是由于水硬性混凝土支承層（簡(jiǎn)稱(chēng)支承層）以及道床板（含軌枕）在厚度方向上蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 的長(zhǎng)度尺寸都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其在長(zhǎng) 度 和寬度方向上的尺寸；本文也沒(méi)對(duì) CRTSⅢ 型建立的實(shí)體單元，是因?yàn)槠溆?jì)算時(shí)間很長(zhǎng)，并且彎矩等主要參數(shù)也沒(méi)辦法直接求出，所以并沒(méi)有使用其來(lái)進(jìn)行計(jì)算。底座上設(shè)置 兩個(gè)凸臺(tái)用來(lái)傳遞水平力及限位 。因底座和軌道板之間的填充、調(diào)整層用自平流混凝土代替了 CA 砂漿，板底需預(yù)留門(mén)形鋼筋，以確保軌道板和砂漿層結(jié)合良好，防止單元板在環(huán)境溫度變化和行車(chē)重量變化時(shí)板端的翹起變形。自密實(shí)混凝土層采用 C40 混凝土，并在兩端設(shè)置向下的凸臺(tái)與底座板相連 。 (四 )自密實(shí)混凝土經(jīng)過(guò)軌道板下面預(yù)留“門(mén)”形鋼筋從而能夠可靠連接而變成了一種復(fù)合結(jié)構(gòu)。 支承層材料有下面兩種：水硬性混和料和低塑性水泥混凝土。 圖 軌道板立面布置圖 自密實(shí)混凝土層在直線(xiàn)地段上的寬度為 2700 毫米，然而在曲線(xiàn)地段上寬度為 2600 毫米，自密實(shí)混凝土的厚度為 90 毫米，然而其長(zhǎng)度是和軌道板一致的。在分析模型時(shí)，不僅需要對(duì)結(jié)構(gòu)本身的參數(shù)及類(lèi)型進(jìn)行考慮，而且對(duì)機(jī)車(chē)車(chē)輛以及鐵路下部結(jié)構(gòu)也要有著充分合理的考慮，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)力及位移方面的分析來(lái)對(duì)軌道板進(jìn)行配筋，實(shí)際問(wèn)題需要考慮很多復(fù)雜的因素，但是我們研究的是軌道板在輪對(duì)荷載作用下的受力和位移的情況。建立模型時(shí)我們采用COMBIN14 單元對(duì)其進(jìn)行模擬。根據(jù)輪重作用位置的不同，本文采用以一輪對(duì)的輪重均為 300kN 來(lái)模擬豎向的荷載情況。 mm 610? 支承層 橫軸彎矩 N178。 溫度梯度引起的翹曲應(yīng)力在折算成彎矩時(shí)應(yīng)乘以折減系數(shù) ，并加入荷載引起的彎矩來(lái)進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果 見(jiàn)表 。 二、 軌道板預(yù)應(yīng)力筋的配筋 已知： sdf = 280 N/mm2 ， cdf = N/mm2 ， pdf = 650 N/mm2 ， pkf =540 N/mm2 ； 假設(shè) sa =60mm， c =40mm 則 ??? sahh0 190–60=130mm 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 取 ??? 0hbx ? ? 130= mm 取 con? ? ， pkf ??? N/mm2 1? %30%30 ????? c o n? N/mm2 pe sah ?? 2/ = 190/260=35 mm xAA? = 2500? 190 = 475000 mm2 xx AbhI ??? 23 xh12/ ）（ =? 109 mm4 ??? )2//( hIWW xx ? 106 mm3 軌道板的縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力應(yīng)滿(mǎn)足： )1( WeAWMNpspe?? 式中 peN — 使用階段預(yù)應(yīng)力鋼筋永存應(yīng)力的合力； sM — 按作用（或荷載）短期效應(yīng)組合計(jì)算的彎矩值； A 、 W — 構(gòu)件混凝土全截面和對(duì)抗裂邊緣的彈性抵抗矩； pe — 預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力作用點(diǎn)至混凝土截面重心軸