高速铁路扣件对钢轨横向变形影响分析.pdf

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1、第3 3 巷第3 1 期2 0 07 年1 1 月山西建筑R 也、N X IA R C H I T E C 兀皿v o l3 3 N o3 lN o v 2 0 0 72 6 7 文章编号：1 0 0 9 6 8 2 5 2 0 0 7)3 1 0 2 6 7 4)3高速铁路扣件对钢轨横向变形影响分析冯树琴李瑞摘要：通过建立结构模型，以2 5 0k m h 高速铁路为倒，分别分析了钢轨横向位移随轨下垫层刚度、扣压力和扣件横向刚度变化的规律，结果表明轨下垫层刚度对横向变形影响较大，并随剐度增大而减小。关键词：高速铁路，扣件参数，钢轨，横向变形中图分类号：U 2 1 34文献标识码：A列车在轨道上

2、运行，钢轨上作用着垂直荷载和横向水平荷载，实际上垂直荷载并不作用在钢轨中心，而水平荷载也不作用在钢轨截面的剪力中心上。通常为了方便计算，可以把钢轨上的偏心垂向力和横向力简化为作用于钢轨中心的垂向力、作用于剪力中心的横向力和扭矩(M=H a P e)钢轨中心处的垂向力将使钢轨产生竖向变形；剪力中心的横向力将使钢轨产生横向平移，钢轨的平移包括钢轨与轨枕一起的平移和钢轨相对于轨枕的平移；而扭矩使钢轨扭转变形。文中研究的是钢轨相对于轨枕的横向变形，包括钢轨相对于轨枕的横向平移和扭转变形。钢轨的横向平移(y)和扭转(都将引起钢轨的横向位移，它们叠加起来得到总横向位移，即*=Y+a O。钢轨在轮轨力作用下

3、相对于轨枕的横向平移和扭转变形，会使轨距扩大，改变轨道的几何形位，引起轨道不平顺。特别是在高速铁路上，随着速度的提高，轮轨动力作用增大而加剧了动态轨距扩大的现象。1 轨道结构计算模型文中采用大型有限元分析软件A N S Y S 建立轨道模型。3 5 2 桥梁的设计全线桥梁尽量利用，老桥荷载等级仍按原等级，即汽车一2 0级，挂车一1 0 0。为此在平面定线时，主要按单侧单独新建一幅桥梁的形式进行设计。1)新桥的设计。本项目的一座大桥由于在勘测调查中，发现桥梁板底已有明显的裂缝，桥梁墩身已有不同程度的损害，通过技术方案比较，本着“安全第一，质量优先”的原则，最终决定此桥拆除重建，以保证道路建成后的

4、通车安全。原桥为1 1 孔1 0m 钢筋混凝土现浇板桥，此次设计考虑现在的施工工艺及施工水平，上部结构采用1 1孔1 0m 预应力钢筋混凝土空心板桥，桥板采用先张法预制；下部结构在勘测中发现地基承载力好，桥墩采用扩大基础柱式墩身，桥台采用u 型台基础。中桥原桥设计为6 孔1 0m 石拱桥，当地由于石料价格上涨，工程工期短，同时开采石料场破坏生态环境，经与业主协商，加宽侧采用6 孔1 0 m 预应力钢筋混凝土空心板桥，这样，便于大桥的桥板同场地预制，节约了投资。2)老桥的加固设计。根据实际情况，采取桥面补强层加固法耐桥梁上部结构进行加固。在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层，一般先凿除老桥面，使其与原有

5、主梁形成整体，达到增大主梁有敢高度和抗压截面强度、改善桥梁荷载横向分布能力，从而达到提高桥梁的承载能力的目的。待桥面铺装等附属工程完成后，对加固后的桥梁进行荷载实验，达到设计荷载后，再投人使用。3 6 交通安全设施及附属工程按C 级标准配置。包括公路标志、标线、护栏、轮廓标、道口桩、示警桩、里程碑等。大中桥路侧采用墙式混凝土护栏，全线的路基路面排水统一考虑，避免对所在地区造成新的污染。在公路糟线两侧适当种植灌木和乔木，特别是在靠近村镇的路段尽量加大绿化密度以美化环境，衰减噪音。4 结语公路改建时应当符合建设节约型社会的要求。根据当地的经济发展情况，改建时利用老路，不仅有利于节约国家土地资源，保

6、护生态环境，节约大量的资金，而且还能很快取得好的社会效益。参考文献：【1 n 1 3 0 1 2 0 0 3，公路工程技术标准 S _2 J T G1 3 6 2 2 0 0 4 公路钢筋混凝土厦预应力混凝土桥涵设计规范 S 3 J T GD 3 0 2 0 0 4，公路路基设计规范 S 4 周志刚，郑建龙公路土工夸成材料设计原理厦T-程应用 M 北京：人民交通出版社，2 0 0 1 5 谌润水，胡钊方，帅长斌公路旧桥加固技术与实例 M 北京：人民交通出版社，2 0 0 2D i s c u s s i o nO i lr o a dr e b u i l d i n ga n du p g

7、r a d i n gd e s i g nX UY a n-z h a oY A N GH o n g-f e nA b s t r a c t：T h i g h 创m m a d z i l l gt h er o a dr e b u i l d i n gp 响酣d e s i g no fp w 试n c i a lr o a d2 2 0f r o mL i a n g c h e n gt oQ i a o b e i s h a ns e c t i o n，i ta n a l y z e st h es i t u a t i o no fo l dr o a dr e

8、b u i l d i n ga n du p-g r n d i n gd e s i g n，b r i n g s o r w a r do：g l c r e t em e t h o d so fr o a dr e b u i l d i n ga n du p-g r a d i n gd e s i g n，s o l v e sp r o b l e m sw h i c he n c o u n t e r e dd u n n gr o a dr e b u i l d i n ga n du p-g r a d i n g，a n dg e t sg o o ds o

9、c i a lb e n e f i t sK e yw o n l s：r o a dp r c j e c t r e b u i l d i n ga n du p-g r a d i n g，d 唧，s t r e a m l i n e收稿日期：2 0 0 7 0 5 3 1作者简介：冯树琴(1 9 8 1)，女，西南变通大学土木工程学院硕士研究生，四川成都6 1 0 0 3 1李瑞(1 9 8 3 一)，女助教南阳师范学院土术建筑工程学院，河南南阳4 7 3 0 6 1 万方数据2 6 8 磊智襻。3 *山西建筑建模原则是在保证仿真结果正确的前提下，使模型尽可能地简单。文中主要研究

10、的是钢轨在轮轨力作用下产生的相对轨枕的横向变形，包括钢轨平移和扭转，所以只需模拟轨枕以上的轨道结构，包括钢轨和钢轨扣件两部分。为了反映钢轨的变形情况，钢轨模型按照6 0l【g m 钢轨的实际尺寸运用实体建模，并对其进行离散处理。把钢轨固定于轨枕上的是钢轨扣件，包括扣件和轨下垫层，但并不是文中主要的研究对象。故选用三个方向的等效刚度的线性弹簧单元代替，即沿轨道横向弹簧、轨底表面垂向弹簧和轨底底面的垂向弹簧，它们的刚度分别代表扣件横向刚度、扣件弹条刚度和轨下垫层刚度。所建的模型如图1 所示。圈1轨遭结构有限兀模型1 1 轮轨力及钢轨材料参数文中模拟的轨道结构为6 0k g m 无缝钢轨，混凝土型轨

11、枕，轨枕间距为06m，弹条扣件。运行速度为2 5 0k n a h，轴重为2 3t，速度系数取04 0，动轮载P=1 6 3k N。文献 7 的研究表明，横向力大约为垂向力的2 3 2 5，文中取垂向荷载的1 4作为横向荷载施加到模型上，所以横向力取4 3k N，轮轨力作用位置参考文献 1 ，为偏离钢轨中心线1 5m m 和偏离轨顶1 0m r f t。并按轮载相对于扣件的位置不同分为两种工况：工况一为轮载作用于一组扣件上；工况二为轮载作用于两组扣件之间。钢轨材料参数如表1 所示。寰1 钢轨材料参数参敷名称参数大小钢轨弹性模量E M P a2 1 1 0 5钢轨泊橙比y03密度P N-m m

12、一378 1 061 2 扣件参数高速铁路按其轨道结构形式的不同，可分为有碴轨道和无碴轨道，相应的扣件也分为有碴轨道扣件和无碴轨道扣件。我国高速铁路有碴轨道常用的扣件主要有弹条型扣件及弹条型扣件等，扣件参数：轨下橡胶垫刚度为5 5k N m m 8 0k N n l n 扣压力不小于1 0k N n l n，弹性变形量不小于1 0f r 蚰。我国无碚轨道试验段都应用弹性分开式弹条扣件，采用双层弹性结构，即具有铁垫板和轨下垫层。秦沈客运专线试验段扣件使用目前提速线路上通用的弹条。该扣件参数：单个弹条扣压力为不小于8k N 1 0k N，调高量为3 0 m，轨距量为+8r r 曲一一1 2n 蚰，

13、弹性主要由轨下垫板提供静刚度为4 0k N m m-6 0k N m m，铁垫板下缓冲垫板静刚度为10 0 0k N m m。下面根据扣件参数分析取值，计算扣件对钢轨横向变形的影响。2 计算结果分析21轨下垫层刚度对横向位移的影响如图2 所示可知，随着垫层剐度的增加，钢轨的横向变形明显减小，当横向刚度为2 0k N m m 时，工况一横向位移为32 1 92f m，是轨下垫层为1 2 0k N n m l 的2 3 4 倍。但是钢轨横向变形并不是随轨下垫层刚度线性变化而是随着刚度的增大，该值对横向变形的影响就越小。横向剐度以2 0k N m m 递增，轨下刚度从2 0k N r n m 增加到

14、1 2 0k N m m 时，工况一分别减小0 9 4 21m m 0 3 9 99 m m，0 2 3 22 I r m a，0 1 5 54r n m 和01 1 27 m m。由扣件参数可知，无碴轨道轨下垫层刚度比有碴大些，所以出现无碴轨道动态轨距扩大也比有碴大。量饕茬并垫层目崾k N 一田2钢轨横向位移和轨下垫层刚度关系曲线2 2 扣压力对钢轨横向位移的影响如图3 所示可知，随着扣件扣压力的增加，钢轨横向变形出现逐渐减小的趋势，但是变化幅度非常小，相对于钢轨横向位移可以忽略不计，当扣压力从1 0k N 增大到5 0k N 最大横向位移仅减小了0 1 6 r a n。由此可见通过增大扣压

15、力并不能控制横向变形而且过大的扣压力会使垫层弹性下降和损伤扣件。一般钢轨扣件的扣压力大约在1 0k N 左右。乓静趔_ I 蟠毒雁扣压力，督f田3钢轨横向位移和扣压力关系曲线2 3 扣件横向刚度对横向位移的影响如图4 所示可知，随着横向剐度的增加，钢轨横向位移逐渐减小，而且横向位移也不是随着横向刚度线性变化，当横向刚度从2 0k N r r m a 增加到4 0k N m m 时横向位移减小量为0 2 2 33m m；当横向刚度从k N m m 增加到1 0 0k N r o m 时，仅减小了00 2 73m m，此时横向位移的变化可以忽略。髂趔疽篓蟛痹曜扣件捕同刚赝削。一圈4钢轨横向位移和扣

16、件横向刚度关系曲线3 结语l i t 以上分析可知，增大扣件轨下挚层f i l l J 度、扣件的扣压力和扣件的横向刚度都会引起横向变形的减小但是它们对横向变形影响的大小不同。1)轨下接层刚度对钢轨横向变形的影响较大；刚度越小，增大该值对横向变形影响越大。高速铁路无碴轨道由于轨下垫层刚；ilO33322222 1 1 l l l巧博m啊何帅盯蚰ilill 万方数据第3 3 卷第3 l 期2 0 07 阜1 1 月山西建筑S H A N X IA R C H I T E C T U R Ev d3 3 N o3 1N o v 2 0 0 72 6 9 文章编号：1 0 0 9 6 8 2 5 1

17、 2 0 0 7 1 3 1 4)2 6 9 0 2沥青稳定基层施工工艺及经济分析韩翠莹摘要：通过青海试验路的现场施工，对翡青稳定基层的混台料组成设计、施-T T-艺及其经济性进行了研究并对试验路路面性能进行了预估从而为秉性基层沥青路面的推广使用提供依据。关键词：沥青稳定基层，施工工艺，经济分析中圈分类号：U 4 1 61文献标识码：A为了研究沥青稳定基层施工工艺和质量控制手段，并通过路面在实际运营过程中的状态检测，评价这种不同于我国常用的半刚性路面的结构性能，为柔性基层沥青路面的推广使用提供依据，在青海、四川I 等不同地区铺筑了柔性基层沥青路面试验路。下面对青海试验路的混合料设计、施工、检测

18、和经济效益等进行了介绍。1 试验路概况青海省某高速公路，试验段位于K 4 8+0 0 0 K 5 4-I-8 0 0 右半幅，全长68I n n。分为4 个试验段，主要对半刚性路面、全柔性路面以及半刚性基层级配碎石过渡层路面结构进行对比研究。试验路面结构如表1 所示，E 为原工程设计结构。表1 青海试验路结构BE4c m A C l 34d n A C-1 34 仃n A C l 34c m A C l 37c m C 2 07 皿A C 2 06 曲A 0 2 05 曲A C 2 05 C 2 0 19c m A n 3 09a T I A T B 3 08c r T l A T e 3 0

19、6c m A 0 2 5 I2 0 锄级配砾石2 0 口n 缎配碎石3 0 级配碎石 1 2 曲缓配碎石2 0 哪水稳碎石2 5 d n 天然砂砾2 5 酮天然砂砾1 7a r I 天然砂砾3 8 呷水稳砂砾3 0 廿n 水稳砂砾2 沥青稳定基层混合料设计国内外在马歇尔配合比设计方面积累了丰富的数据和经验。马歇尔试验设备(包括大马歇尔)操作简便，已为广大工程人员所接受。因此，仍然以马歇尔配合比设计方法为试验路沥青稳定基层。2 1 混合料的设计方法一般认为，对于公称最大粒径不大于2 6 5m m 的沥青混合料，采用标准马歇尔击实成型方法；而对于公称最大粒径大于3 15m m 的沥青混合料为了保证

20、集料颗粒的合理分布，应采用大型马歇尔试验方法。我国规范中规定对于公称最大粒径大于3 15t u r n 的沥青混合料可以采用替代法。根据击实前后沥青稳定碎石粗集料级配的变化，可以看出马歇尔击实造成了粗骨料的破碎，这是马歇尔试验方法的缺陷之一。但相对而言大型马耿尔击实的破碎程度较其他二者小得多，这说明对于集料粒径较大的沥青稳定基层混合料，应采用大型马歇尔试验方法进行混合科设计。沥青为克拉玛依A H-9 0，各项指标均符合要求。石灰岩集料产自大峡石料场，矿粉产地为老鸦峡。沥青稳定基层混合料级配如表2 所示。裹2 沥青稳定碎石生产级配按大型马歇尔试验方法，进行试验路沥青稳定基层混合料A T B-3

21、0 的组成设计。根据试验结果，确定最佳油石比为3 3。度大于有碴轨道所以无碴轨道上动态轨距扩大比有碴轨道大。2)扣件的扣压力对钢轨横向变形影响不大，而且过大扣压力会使垫层弹性下降和损伤扣件，一般扣件的扣压力取1 0k N 左右。3)扣件横向刚度在大于4 0k N r o m 以后对钢轨横向变形的影响可以忽略。参考文献：1 张采兴，练松良钢轨扭转时的水平位移分析 J 上海铁道大学学报1 9 9 7(8)：9 6 9 7 2 张永舟练松良钢轨琦束扭转时应力分析 J J 上薄铁道大学学报，2 0 0 0(1 2)：3 6 3 7 3 练松良，刘丽波，J o eK a l o a s e k 荷戴作用

22、下轨距扩大的理论分析 J 铁道学报2 0 0 0(8)：8 7 8 8 4 苗彩霞，练松良弹性与钢轨横向位移关系的动力分析 J 华东交通太学学报，2 0 0 4(4)：3 1 3 2 5 范傻杰现代铁路轨i l M ，北京：中国铁道出版社，2 0 0 4 6 赵国唐高速铁路无碴轨道结构 M 北京：中国铁道出版社2 0 0 6、7 孙琦，土五生曲线钢轨侧面磨耗研兜 J 铁道学报，1 9 9 1 1 3(2)：1 2 3 1 2 4 A n a l y s i so nt h ei m p a c to fh i g h-s p e e dr a i l w a yf a s t e n e rt

23、 ol a t e r a ld e f o r m a t i o no fr a i lF E N GS h u-q i nL IR n iA b s t r a c t：hb m l d i n gr a i l w a ys t t l l C t t l r e m o d d f o re x a m p l e o f 2 5 0k m h 1 1 i g h-s p e e d r a i l w a y，t h e 田p e r a r m l y s i s e s t h ec h a n g e l a w o f l a t e r a ld e f o r m a

24、t i o nf o l l o w i n gt h ee l a s t i c 五鳓t yo ft a i lp 耐，c l a m p i n gf o r c eo ft a s t e n e r，h t e r a Is t i r f r i e so ff a s t e n e rT h er e s u l 也s h o wt h a tt h e 山s t i cr i g i d i t yo fr a i lp a d l a sag r e a td t e c to nl a t e r a ld e f o r m a t i o nw h i c hd e

25、c r e a s e s 勰t h ee l a s t i cr i g i d i t yo fr a i lp a di 1 1 蚴淞K e yw 吣：h i g h-s p e e ar a i l w a y，p a r a m e t e r so ff a s t e n e x。r a i l，l a t e r a ld e f o r m a t i o n收稿日期：2 0 0 7 0 5 2 2作者简介：韩罩莹(1 9 7 9)，女，助理工程师，河北省衡水冀州市交通局，河北冀州0 5 3 2 0 0 万方数据高速铁路扣件对钢轨横向变形影响分析高速铁路扣件对钢轨横向变形影

26、响分析作者：冯树琴，李瑞，FENG Shu-qin，LI Rui作者单位：冯树琴,FENG Shu-qin(西南交通大学土木工程学院,四川,成都,610031)，李瑞,LI Rui(南阳师范学院土木建筑工程学院,河南,南阳,473061)刊名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE年，卷(期)：2007,33(31)被引用次数：2次 参考文献(7条)参考文献(7条)1.孙琦;土五生 曲线钢轨侧面磨耗研究 1991(02)2.赵国唐 高速铁路无碴轨道结构 20063.范俊杰 现代铁路轨道 20044.苗彩霞;练松良 弹性与钢轨横向位移关系的动力分析 2004(04)5.练松良;刘丽波;Joe.Kalousek 荷载作用下轨距扩大的理论分析 2000(08)6.张永兴;练松良 钢轨约束扭转时应力分析 2000(12)7.张永兴;练松良 钢轨扭转时的水平位移分析 1997(08)引证文献(2条)引证文献(2条)1.全顺喜.王平.张海洋 曲线上钢轨横向位移影响因素分析期刊论文-铁道建筑 2010(2)2.赵建强 浅谈新型扣件在小钢模墙体中的应用期刊论文-山西建筑 2008(25)本文链接：http:/