【正文】 有限元解 對(duì)半無(wú)限地基上的有限尺寸矩形板（四邊自由），將車軸一側(cè)雙輪組輪載簡(jiǎn)化成雙方形荷載圖式，可借助于有限元法計(jì)算分析軸載在板上不同位置時(shí)板內(nèi)的應(yīng)力狀況。疊加時(shí)，需注意應(yīng)力的方向。 另外，必須指出，只有當(dāng)荷載作用中心 與板邊緣的距離大于相對(duì)剛度半徑的 倍時(shí)，才能應(yīng)用上述無(wú)限大板的公式解算彎矩 M ，再按下列公式計(jì)算板的應(yīng)力： () 另外，對(duì)比兩種地基上無(wú)限大板的解可知，如果兩者相對(duì)剛度半徑相等，則所得板的應(yīng)力是一致的。 30 圓形均布荷載作用下板內(nèi)產(chǎn)生的最大彎矩 (位于荷載中心處，在各個(gè)方向均相同 ) 為 () 式中， 為荷載中心下 (r=0) 板的彎短系數(shù)，其值隨 δ/l 而變。因而，對(duì)于圓形 均布荷載，可以按集中荷載計(jì)算其撓度值。 距荷載作用中心（坐標(biāo)原點(diǎn)） r 處的撓度： () 式中 ——半無(wú)限地基板的相對(duì)剛度半徑，即 () —— 撓度系數(shù)，隨 r/l 和 δ/l 而變。板角受荷時(shí)產(chǎn)生的最大應(yīng)力，在板角末翹 起的情況下低于板邊受荷時(shí)；但在板角翹起時(shí)，則超過(guò)板邊受荷的應(yīng)力。對(duì)此，凱利 () 提出了經(jīng)驗(yàn)修正公式如下： () 在以上諸式中， l 為板的相對(duì)剛度半徑，即 () 上述三種受荷情況的最大應(yīng)力計(jì)算公式，可寫成下列一般形式： 29 () 式中， C 為應(yīng)力系數(shù)。 在溫度梯度和地基塑性變形的影響下，板角也會(huì)同地基脫開。試驗(yàn)表明，若板邊與地基脫開，實(shí)測(cè)應(yīng)力值將比式 ()的計(jì)算值偏高 10% 左右。通過(guò)分析薄板與厚板理論計(jì)算結(jié)果的差異，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng) δ ＜ 時(shí)，可近似地用當(dāng)量計(jì)算半徑： () 替代式 ()中的 δ ，以計(jì)算應(yīng)力。 （ l） 輪載作用于板的中央（板中荷位 A）： 按圓形均布荷載位于無(wú)限大板板中的解，得最大彎拉應(yīng)力出現(xiàn)在荷載中心處的板底，其值為 () 當(dāng)輪 載作用面積較小時(shí)，壓強(qiáng) p 可能很大。若地基上作用軸對(duì)稱荷載（反力） q（ r），則任一點(diǎn)的撓度 W（ r）為 () 式中， 為反力 q (r) 的零階亨格爾 (Hankel) 變換式； 這樣，就 可按各種邊界條件，解上述四階微分方程，得撓度 W ，進(jìn)而計(jì)算板的應(yīng)力和內(nèi)力（彎矩等）值。為了建立地基反力同撓度之間的關(guān)系，通常采用兩種不同的地基假設(shè)： （ a）文克勒地基 :假設(shè)地基上任一點(diǎn)的反力僅同該點(diǎn)的撓度成正比，而同其他點(diǎn)無(wú)關(guān)，即 () 式中， k 為地基反應(yīng)模量。 板內(nèi)的應(yīng)力狀況原是三維的，但作了上述三項(xiàng)假設(shè)，便可簡(jiǎn)化成平面問(wèn)題。由此，豎向位移 W 僅是平面坐標(biāo) （ x ， y）的函數(shù)，也即沿板厚各點(diǎn)具有相同的 W 。它對(duì)路面板僅有豎向的支承反力，也即假設(shè)地基與板之間無(wú)摩阻力（能自由滑 26 動(dòng)）；同時(shí)，假定地基和板完全接觸（不脫空），即板底面與地基須面的豎向位移始終是相同的。因而，可把混凝土板看作是均質(zhì)、各向同性、無(wú)重量、等厚的小撓度彈性薄板。由于混凝土路面在荷載作用下產(chǎn)生的變形很小，混凝土面層的模量遠(yuǎn)大于其下面的基（墊）層和路床的模量，其間的摩阻力一般也不大，通常采用彈性地基板理論分析路面板的應(yīng)力狀況。 路面結(jié)構(gòu)板與地基土的共同作用 混凝土路面板所承受的應(yīng)力： ① 荷載應(yīng)力（車輛荷載作用下）； ② 溫度應(yīng)力（溫度變化而板的伸縮和翹曲受阻所產(chǎn)生）； ③ 收縮應(yīng)力（混凝土硬化和濕度變化造成）； ④ 路床和基層的固結(jié)沉降而引起的應(yīng)力等。 實(shí)踐表明，地基土在沖擊荷載作用下的塑性變形，并不能隨時(shí)間而減小。對(duì)于填土場(chǎng)地，因已施工完成，故可 25 采用注漿加固的措施。這樣 可以 避免復(fù)雜的計(jì)算，而且 對(duì)于解決問(wèn)題來(lái)說(shuō) 更為有效。 工程實(shí)踐中，對(duì)地基土的基本要求不僅僅是提供足夠強(qiáng)度的支撐，而是提供均勻、穩(wěn)定的支撐，即路基在環(huán)境和荷載作用下產(chǎn)生的不均勻變形要足夠?。挥绕涫菍?duì)于交道口這樣的工程，控制地基土沉降尤為重要 。但地基土在沖擊荷載和水滲流作用下，容易產(chǎn)生塑性變形，這種不可恢復(fù)的變形使得剛性混凝土面層與地基土局部脫空，從而導(dǎo)致混凝土面層或者結(jié)構(gòu)面層應(yīng)力增加，其幅值可能超過(guò)混凝土強(qiáng)度，致使面層板斷裂。C 基層為 18 厘米水泥穩(wěn)定碎石 ，基層回彈模量 (MPa)=1300 底基層為 20 厘米 級(jí)配碎石 ,底基層回彈模量 (MPa)=220 E0路床頂面的回彈模量 (MPa)=30 Tg最大溫度梯度 =88 γr可靠度系數(shù) = 經(jīng)計(jì)算，符合 γr（ σpr+σtr） ≤fr=，滿足要求。 ① 路面結(jié)構(gòu)一（適用于重載車輛行駛的水泥混凝土路面）： 面層： 32cmC30 鋼筋混凝土 （設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng) 度 ） 基層： 15cm 貧 混凝土 底基層： 18cm 水泥穩(wěn)定碎石 總厚度： 65cm ② 路面結(jié)構(gòu)二（適用于非重載車輛行駛的水泥混凝土路面） 面層： 26cmC30 鋼筋混凝土（設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度 ） 基層： 18cm 水泥穩(wěn)定碎石 底基層： 20cm 級(jí)配碎石 總厚度： 64cm 混凝土路面結(jié)構(gòu)計(jì)算 根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道所承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)，路面結(jié)構(gòu)二（適用于非重載車輛行駛的水泥混凝土路面） Ne(104)=2020 23 Kr 考慮接縫傳荷載 能力的應(yīng)力折減系數(shù) = 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的荷載疲勞應(yīng)力系數(shù) Kf=Nev= Kc 考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)，按公路等級(jí)查表 = 混凝土板厚 = 米，采用 C30 混凝土 , fr混凝土彎拉強(qiáng)度(MPa)=5, ac混凝土的線膨脹系數(shù)（ 1/176。 缺點(diǎn)：施工時(shí)需中斷鐵路交通 46 小時(shí) ，對(duì)于繁忙的鐵路線上的改造較為困難 。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的制造工藝更體現(xiàn)了造價(jià)的經(jīng)濟(jì)性、幾何形狀的可塑性（適應(yīng)線 路參數(shù)的變化）、使用的耐久性（ 15 年以上的使用壽命）以及大型構(gòu)件特有的整體穩(wěn)定性。 輪軌槽的燕尾式使機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人的通過(guò)變得平穩(wěn)、 21 安全、迅速。 整體式道口板 鐵路公路的平交道口上，能承載火車和汽車安全平穩(wěn)地通過(guò)的一種道口鋪面。但是混凝土軌枕在超載車 20 輛作用下，破損、彎折 ，嵌絲橡膠道口板起到掩蓋病害的作用，所以在有超載超重車輛行駛的路段，需慎重使用。 19 嵌絲橡膠道口板 嵌絲橡膠道口板具有隨力強(qiáng) ,防震性能 ,絕緣性能好 ,耐磨 ,屢經(jīng)壓縮變形少 ,強(qiáng)度高 ,耐老化 ,不翻泥漿 ,使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn) ,經(jīng)模擬由 15萬(wàn)次提高到 45 萬(wàn)次 ,使用壽命長(zhǎng)達(dá) 1015 年 ,符合鐵路提速及環(huán)保要求 .使用它可提高機(jī)動(dòng)車輛的運(yùn)輸能力 ,減少道口維修次數(shù) ,避免因機(jī)動(dòng)車 輛熄火而引起的交通事故 .無(wú)論從安全 ,經(jīng)濟(jì) ,環(huán)保 ,社會(huì)效益等方面都值得推廣應(yīng)用 .(水泥道口板容易損壞 ,鐵道口板噪音大 .)該產(chǎn)品較原鋪面板使用壽命高達(dá) 3 倍以上 ,經(jīng)北京鐵路局 ,呼局 ,沈局 ,哈局等單位實(shí)施結(jié)果 ,壓力均達(dá) 80 噸以上 ,性能穩(wěn)定 ,無(wú)變形。 因車輛頻繁撞擊鋼軌及護(hù)軌 (混凝土道板無(wú)彈性 ) ,護(hù)軌軌腰直接碰撞軌枕豎螺栓 (學(xué)名稱螺旋道釘 ,螺旋道釘是通過(guò)硫磺、水泥、砂子和石蠟配制錨固用料 ,按照一定配合比溶制錨固在混凝土軌枕螺栓孔上 ) ,受荷載反復(fù)循環(huán)沖擊碾壓 ,豎螺栓錨固料與混凝土枕脫離 ,螺栓失效 ,軌距變形超限 。 道口鋪面板破損 ,受荷載反復(fù)沖擊碾壓 ,道口護(hù)木腐朽 ,護(hù)軌離縫翹起 ,護(hù)軌頂面超出鋼軌面 。 道口鋪面板因受重載車輛撞擊及碾壓破損變形 。 18 第 4 章 平交道口鐵路范圍的處理 路面破壞特點(diǎn) 因車輛頻繁撞擊鋼軌 ,道口鋼軌彎曲變形 ,導(dǎo)致軌距超限 。 鐵路的運(yùn)行會(huì)影響現(xiàn)澆混凝土質(zhì)量，所以與鐵 路外 軌銜接 米范圍，采用預(yù)制混凝土。 控制公路與鐵路銜接部的差異沉降 (1)控制位移標(biāo)準(zhǔn)：公鐵銜接部 公路一側(cè) 豎向位移 ≦ 6mm 路面結(jié)構(gòu)的耐久性 使用壽命 15 年 17 施工時(shí)盡量減少對(duì)鐵路的影響 考慮道路基層施工時(shí)需碾壓，影響鐵路 的正常運(yùn)營(yíng)。 積水又降低路床強(qiáng)度，惡化了路基的受力狀態(tài)，加速了路面結(jié)構(gòu)的破壞。 車輛產(chǎn)生的沖擊力 F=200*1000*（ 4010） *1000/3600/8== 噸 ，結(jié)構(gòu)受到破壞，造成積水。 ，分析原因?yàn)檐囕v經(jīng)過(guò)減速帶和路口，車速變化時(shí)產(chǎn)生的沖擊力（ F=ma）不斷磨損路面的結(jié)果。 道口鋪面坑洼不平，道口與公路平面交叉路面接壤處凹凸不平，車況較差的機(jī)動(dòng)車易造成發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或轉(zhuǎn)向失靈卡在道口內(nèi)。公鐵結(jié)合部及減速帶處路面破損嚴(yán)重，分析原因?yàn)檐囕v經(jīng)過(guò)減速帶和路口，車 速變化時(shí) （加速度 a）產(chǎn)生的沖擊力（ F=ma）不斷磨損路面的結(jié)果。 瀝青路面與道口銜接處，受車輛制動(dòng)、軌面附近豎向與橫向沖擊、重載交通、排水不暢、路基強(qiáng)度不足等因素影響，路面龜裂、沉陷、車轍、松散、啃邊等病害較為普遍，由于車輛制動(dòng) 產(chǎn)生的沖擊力，減速帶破損情況較為普遍。豐臺(tái)小郭莊西、東道口受交通量大、重載車多的影響，橡膠道口板多數(shù)翹起，部分道口板與軌道的連接失效。車輛通過(guò)道口時(shí)，道口板在剎車、跳車等水平、豎向沖擊力的作用下，磨損、破損加劇，露骨、露筋現(xiàn)象較為普遍。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，鐵路鋼軌頭部外側(cè) 50mm 范圍內(nèi)，道口鋪面應(yīng)低于軌面 5mm。由于排水不暢，車輛經(jīng)過(guò)鋪面時(shí)，受動(dòng)荷載的作用，鋪面板下的水不斷沖刷路基，路基的細(xì)骨料在水的作用下被帶出，形成唧泥，同時(shí)鋪面板逐漸下沉。 錯(cuò)臺(tái)、唧泥：該類病害多由基底薄弱、排水不暢、車輛超載等引起，一般發(fā)生在公鐵銜接處及上下行線路之間。 鋪面斷裂、錯(cuò)臺(tái)、破碎 鋪面露筋 鋪面及軌道臟污 鋪面損壞 斷裂、破碎：由于鋼筋混凝土板鋪面大多采用預(yù)制，鋪面與軌枕 12 以及其他設(shè)施接觸處不能很好的結(jié)合，且鋪面板與軌道間無(wú)連接部件，在車輛荷載（尤其是重載車輛）作用下，導(dǎo)致鋪面受力不均勻，發(fā)生斷裂。 序號(hào) 區(qū)縣 道口名 鐵路名 稱 鐵路樁號(hào) 股道 道路名稱 道路路寬 (m) 1 房山區(qū)河北鎮(zhèn) 李各莊 良陳鐵路 K25+795 1 村路 4 2 房山區(qū)城關(guān)鎮(zhèn) 田各莊 房山線 K5+836 2 房窯路 7 3 房山區(qū)青龍湖鎮(zhèn) 沙窩村 良陳鐵路 K13+642 1 村路 7 4 房山區(qū)石樓鎮(zhèn) 吉羊 周支線 K5+750 1 村路 5 房山區(qū)石樓鎮(zhèn) 下坡子 周至線 K9+633 1 村路 7 6 房山區(qū)韓村河鎮(zhèn) 孤山口 京原線 K50+000 1 村路 7 房山區(qū)韓村河鎮(zhèn) 下中院 京原線 K48+410 1 村路 面積 : 8 門頭溝龍泉鎮(zhèn) 西老店 大臺(tái)線 K18+165 1 水閘南路 5 9 門頭溝龍泉鎮(zhèn) 新開河 大臺(tái)線 K17+920 1 新河路 7 10 門頭溝燕翅鎮(zhèn) 太子墓 大臺(tái)線 K42+087 1 村路 面積 : 11 密云大城子鎮(zhèn) 河下 京承線 K109+104 1 村路 面積 : 12 密云大城子鎮(zhèn) 南莊頭 京承線 K107+596 1 村路 面積 : 13 密云巨各莊鎮(zhèn) 塘峪 京承線 K95+000 1 村路 14 密云十里 堡鎮(zhèn) 靳各寨 京承線 K80+900 1 村路 15 密云檀營(yíng)鄉(xiāng) 李各莊 京承線 K85+745 1 村路 5 16 懷柔區(qū)懷柔鎮(zhèn) 酒廠 京承線 K68+070 1 紅星路 5 17 懷柔區(qū)懷柔鎮(zhèn) 大屯 聯(lián)絡(luò)線 K+865 1 村路 4 18 懷柔廟城鎮(zhèn) 高各莊南 京承線 K59+876 3 田間路 19 懷柔廟城鎮(zhèn) 高各莊北 京承線 K60+749 3 田間路 20 懷柔橋梓鎮(zhèn) 北宅 京通線 K42+582 1 村路 21 懷柔區(qū)懷柔鎮(zhèn) 紅軍村 1 京通線 K44+865 1 田間路 4 22 懷柔區(qū)懷柔鎮(zhèn) 紅軍村 2 京通線 K45+435 1 田間路 4 23 懷柔橋梓鎮(zhèn) 蘇峪口 京通線 K36+650 2 田間路 24 懷柔橋梓鎮(zhèn) 沙峪口 京通線 K33+899 1 田間路 25 懷柔橋梓鎮(zhèn) 平義分 京通線 K34+159 1 田間路 26 昌平興壽鎮(zhèn) 上西市 2 京通線 K31+028 1 田間路 面積 : 27 昌平興壽鎮(zhèn) 上西市 1 京通線 K30+536 1 田間路 28 昌平興壽鎮(zhèn) 半壁店 京通 線 K29+169 1 田間路 面積 : 29 昌平崔村鎮(zhèn) 八家 京通線 K16+028 1 村路 30 昌平陽(yáng)坊鎮(zhèn) 白虎澗 西北環(huán) K19+8