【正文】 m/m) 底座縱向正彎。m/m) 軌道板橫向正彎矩 (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) 鋼軌負彎矩 (kNm/m) 底座橫向負彎矩 (kNm/m) 底座縱向負彎矩 (kNm/m) 軌道板橫向負彎矩 (kNm/m) 軌道板縱向負彎矩 (kN 當 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) 底座縱向負彎矩 (kNm/m) 底座橫向負彎矩 (kNm/m) 軌道板縱向負彎矩 (kNm/m) 軌道板橫向負彎矩 (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 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 鋼軌正彎矩 kNm/m 底座橫向正彎矩 kNm/m 底座縱向正彎矩 kNm/m 軌道板橫向正彎矩 kN 表 無砟軌道的彎矩計算結(jié)果 項目 數(shù)值 單位 軌道板縱向正彎矩 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。對于軌道板，其作為混凝土結(jié)構(gòu)，傳熱性能差，混凝土在太陽輻射或者驟然降溫引起溫度變化的作用下，結(jié)構(gòu)表面溫度迅速上升或下降，但結(jié)構(gòu)內(nèi)部大部分區(qū)域仍處于原來的溫度狀態(tài)，從而使混凝土結(jié)構(gòu)中形成較大的溫度梯度，因此對軌道板添加梯度為 的溫度梯度荷載。 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。 計算參數(shù) 動輪載按照《客運專線無砟軌道設(shè)計指南》取為 300kN。下面將分別 對 CA 砂漿用實體模擬和用線性彈簧模擬進行分析，并對結(jié)果進行對比，驗證模型的合理性?？朔睡B合梁模型忽略無砟軌道縱、橫向的變形協(xié)調(diào)條件將縱、橫向彎矩分開計算 30 而造成較大誤差以及梁體模型層間約束較強和計算量較大的缺點 (3)大部分梁板模型計算值在實測值變化范圍之內(nèi)，初步驗證了計算模型的合理性和有效性。 (1)無砟軌道各結(jié)構(gòu)層在厚度方向上的尺寸遠小于其他 2 個方向的尺寸，且荷載作用下的撓度遠小于其厚度 ，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 )進行計算。 模型的選擇 根據(jù)無砟軌道的結(jié)構(gòu)和受力特點，采用彈性點支承梁模 擬鋼軌、板殼單元模擬無砟軌道各結(jié)構(gòu)層，建立無砟軌道彈性地基梁板模型，進行無砟軌道各結(jié)構(gòu)層的荷載彎矩計算。 工業(yè)建筑 ： 水塔、壓力容器、電力輸送塔、發(fā)電廠 。 大體積混凝土 的水化熱分析 ： 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱型橋梁、橋臺、橋腳、防波堤 。 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 。為能夠迅速、準確地完成類似結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計，以填補目前土木結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計軟件市場的空白，而開發(fā)的 “土木結(jié)構(gòu)專用的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計軟件。 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。 28 梁－板－板彈性支承彎曲理論 它是把鋼軌作為梁，軌道板和底座均作為板，其間用線性彈簧聯(lián)結(jié)成梁－板－板彈性支承彎曲變形模型，通過有限元法求解。 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。 26 在軌道縱向，它是將多層結(jié)構(gòu)根據(jù)剛度相等原理通過換算成為單層（即道床板）當量彈性地基梁模型。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)。 ● 扣件 1. 路基及隧道內(nèi)無砟軌道采用彈性扣件，橋上無砟軌道宜采用小阻力彈性扣件； 2. 扣件設(shè)計參數(shù)應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)條件： 1）軌距調(diào)整量： 177。凸形擋臺周圍采用彈性好、強度高的 樹脂 材料替代 CA 砂漿。 前期試驗后凸形擋臺的半徑為 250mm，對于不同運營條件，凸形擋臺的半徑加大為 260mm。 ● 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。 25 曲線超高在底座上設(shè)置，緩和曲線及圓曲線范圍的底座厚度根據(jù)實設(shè)超高確定。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。其厚度和配筋應(yīng)根據(jù)下部基礎(chǔ)的變形（如橋梁的跨中撓度、路基承載力，以及 不均勻沉降等）條件來確定。 ● 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。因此在路基和隧道區(qū)段確定軌道板的標準長度為 4930mm。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。 有限元分析結(jié)果表明，板的長度在 3～ 6m 范圍內(nèi)時，軌道縱向、橫向的外荷載彎矩變化較小。減少軌道板的寬度，則板的橫向正彎矩減小，縱向彎矩及橫向負彎矩將增大。 板式無砟軌道設(shè)計 ● 軌道板 軌道板的型式尺寸既要考慮軌道受力均勻，又 要兼顧在制造、裝載運輸及施工時的可操作性。 ● 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。連接鋼筋的數(shù)量應(yīng)根據(jù)無縫線路縱向力的大 24 小及無砟軌道道床與橋面間的摩擦力大小來確定。 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。無砟軌道在與橋梁進行力的傳遞時，在橋梁上部結(jié)構(gòu)和軌道上部結(jié)構(gòu)的過渡區(qū)，會因為端部的扭轉(zhuǎn)及下部的變形在軌道上出現(xiàn)向上的力。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。圖 為隧道內(nèi)板式軌道。此外，還具有隧道內(nèi)溫差小、紫外線強度弱的優(yōu)點。在施工過程中，還應(yīng)注意支承層兩側(cè)與防水層搭接處的防水處理。 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。經(jīng)計算，路基上支承層寬度為 3200～ 3800mm，厚度根據(jù)承載條件來計算確定，但不得小于 300mm。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。 板式軌道的技術(shù)要求 路基上板式軌道 日本既有線鐵路土質(zhì)路基上的板式軌道道床結(jié)構(gòu)，曾用瀝青混凝土作為 RA 型板式軌道的承力層。 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。 岔區(qū)軌枕埋入式無砟軌道與岔區(qū)板式無砟軌道 岔區(qū)軌枕埋入式無砟軌道 結(jié)構(gòu)組成：道岔及配件、道床板（含桁架式預(yù)應(yīng)力混凝土岔枕）、混凝土底座等。 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 型雙塊式軌道的特點： （ 1） 埋入式，引進德國雷達 2020（ Rheda）無砟軌道技術(shù)； （ 2）結(jié)構(gòu)整體性較強； （ 3）制造、施工簡單，運輸方便，初期投資相對較??； （ 4）對于路、橋、隧、道岔區(qū)可采用統(tǒng)一結(jié)構(gòu)類型， 技術(shù)要求及標準相對單一； （ 5）現(xiàn)場混凝土澆筑量大，施工進度較慢。 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。路基及隧道地段底座為普通混凝土支承層，可降低建設(shè)成本，同時還可減少鋼筋網(wǎng)對信號軌道電路參數(shù)的影響； （ 2）與 CRTSⅡ 軌道相比，軌道板不需打磨，可簡化生產(chǎn)過程、降低成本，軌道精調(diào)通過扣件及填充式墊板調(diào)整完成。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。 路基上的 CRTSⅢ 型軌道板鋪設(shè)于混凝土支承層上，隧道內(nèi)軌道板鋪設(shè)于隧底仰拱回填土上。 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。引進德國博格板技術(shù)； （ 2）道板在工廠批量生產(chǎn)，進度不受現(xiàn)場施工條件制約； （ 3）承軌臺精度用機械打磨并由計算機控制，可大大減少現(xiàn)場測量的工作量； （ 4）可通過 板下水泥瀝青砂漿進行高程調(diào)整，但維修時需對連續(xù)軌道板進行切割， 19 可修復(fù)性不及 CRTSⅠ 軌道； （ 5） CRTSⅡ 型板式無砟軌道即相當于京津城際客運專線采用的德國博格板式無砟軌道； （ 6）制造工藝復(fù)雜，成本高。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，再進行板的縱向連接。 CRTSⅡ 軌道板在工廠預(yù)制，標準尺寸為 64502500200mm，為部分預(yù)應(yīng)力混凝 土板結(jié)構(gòu)。 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) 留鋼筋和連接器進行縱向連接。 17 圖 隧道內(nèi) CRTSⅠ 型板式無砟軌道 CRTSⅡ型板 式無砟軌道 CRTSⅡ 型板式無砟軌道是將預(yù)制軌道板通過水泥瀝青砂漿調(diào)整層，鋪設(shè)在現(xiàn)場攤鋪的混凝土支承層或現(xiàn)場澆筑的鋼筋混凝土底座（橋梁）上，并適應(yīng) ZPW2020 軌道電路的連續(xù)軌道板結(jié)構(gòu)無砟軌道結(jié)構(gòu)型式。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。 軌道板采用工廠化生產(chǎn)，并提前預(yù)制儲存。 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。另外還有岔區(qū)軌枕埋入式無砟軌道結(jié)構(gòu)和岔區(qū)板式無砟軌道結(jié)構(gòu)。梯子型無砟軌道具有自重輕、易維修、低造價等優(yōu)點。該結(jié)構(gòu)將兩根預(yù)制的縱向軌枕通過橫向連接形成軌枕框架，既能用于有砟軌道，也能與基礎(chǔ)結(jié)合在一起成為無砟軌道。 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。其特點有 : （ 1）通過軌道板與瀝青層的彈性連接保持穩(wěn)定的軌道形狀； （ 2）能夠使用傳統(tǒng)的道路和軌道施工設(shè)備； （ 3）所需的工作步驟少，施工時間短； （ 4）在生產(chǎn)工廠就可以將錨塊和軌道扣件預(yù)先裝配好； （ 5）既適用于道岔也適用于線路； （ 6）無障礙地排水。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。 ● GETRAC 直接支承式無砟軌道 GETRAC 型無砟軌道系統(tǒng)的最主要特征是使用瀝青承載層為混凝土軌枕提供直接 14 支承。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