ANSYS建模-路基上双块式无砟轨道结构的参数影响分析
铁路路基变形对无砟轨道结构影响研究综述
工程建设铁路路基变形对无砟轨道结构影响研究综述崔旭浩，郑强，刘永琨，吕欣乐，刘子安，魏泓基（北京工业大学城市建设学部，北京100124）摘要：随着我国铁路事业飞速发展，铁路路基在长期服役过程中的变形问题及其对轨道结构力学行为的影响日益受到关注。
对近年来的相关研究进展进行总结，分析铁路路基变形的主要原因，包括自然因素和人为因素；系统梳理路基变形对轨道力学行为的影响，如路基变形对轨道结构变形、车轨耦合振动及轨道结构的损伤劣化的影响研究现状；分析指出当前研究面临的挑战，并对未来在智能监测与预警系统、精准高效的数值仿真技术等方面的研究趋势进行展望。
关键词：铁路路基变形；轨道结构；动力响应；损伤劣化中图分类号：U213.2 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2024）04-0049-08 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2023.11.27.0031 概述近年来，我国铁路事业飞速发展，取得了举世瞩目的成就。
截至2023年底，我国铁路营业里程达到15.9万km，其中高铁4.5万km。
在铁路基础设施长期运营过程中，轨道结构的服役状态对铁路线路的安全平稳运营起着关键作用，轨道结构的稳定性直接影响到铁路运输的安全和效率［1］。
铁路路基作为轨道结构的下部基础，是铁路线路的重要组成部分，直接承受轨道的重量，同时还承受轨道传递的机车车辆荷载。
路基结构的安全稳定服役对铁路线路有着至关重要的作用［2］。
然而铁路路基作为土工构筑物，受水文、地质和交通荷载等多种因素影响，导致铁路路基的工后变形不可避免［3］。
铁路路基变形将引起轨道结构产生跟随性变形，形成线路不平顺，增大列车运行时轮轨系统的动力响应，降低列车运行的舒适性，威胁列车运行安全，并容易引起轨道结构的损伤劣化，增大铁路工务部门的养护维修工作量。
在我国高速铁路的长期服役过程中，路基变形基金项目：国家自然科学基金资助项目（52308426）；北京工业大学“星火基金”资助项目（XH-2023-03-18、XH-2024-04-08）第一作者：崔旭浩（1994—），男，讲师，博士。
温度荷载作用下路基上双块式无砟轨道道床板力学特性研究
温度荷载作用下路基上双块式无砟轨道道床板力学特性研究温度荷载作用下路基上双块式无砟轨道道床板力学特性研究【摘要】温度荷载是双块式无砟轨道的重要荷载。
本文以路基上双块式无砟轨道主体结构为研究对象，主要包括双块式无砟轨道道床板、混凝土支撑层，辅以分析软件ansys进行分析，建立了考虑钢筋与混凝土滑移粘结作用的有限元力学模型，研究了温度荷载作用下路基上双块式无砟轨道道床板的力学特性。
【关键词】温度荷载；双块式无砟轨道；力学特性；Ansys1.路基上双块式无砟轨道力学模型作者在吸收国内外研究成果的基础上，利用大型通用软件Ansys 建立了包括双块式轨枕、道床板、钢筋、支承层的双块式无砟轨道三维有限元力学模型，研究了温度梯度荷载作用下双块式无砟轨道道床板混凝土和钢筋的力学特性[1]。
力学模型中道床板钢筋用杆单元link8模拟。
双块式轨枕、道床板、支承层以八节点实体单元SOLID65模拟。
为了考虑混凝土与钢筋的粘结滑移效应，道床板混凝土与钢筋之间的连接用弹簧单元COMBIN14模拟。
现有的路基上双块式无碎轨道力学模型大多假定道床板与水硬性支承层之间紧密连接（摩擦系数无穷大），两者变形协调一致，形成结合式结构，本文也延续这一理论。
在ANSYS环境下生成的路基上双块式无砟轨道力学模型如1所示。
模型以2个裂缝间距内双块式无砟轨道道床板、支承层为研究对象，由于裂缝间距内轨道长度较短，钢轨和扣件的约束影响有限，模型中没有考虑，道床板与支承层粘结良好。
参照连续配筋混凝土路面（CPCR）的设计及应用经验，地基摩阻力很小，可以忽略不计。
本模型中，双块式无砟轨道道床板的结构配筋为：纵向下层12根φ20，纵向上层9根φ20；横向每两个轨枕间距内上下层各设置一根φ16的钢筋[2]。
2.温度荷载下双块式无砟轨道力学特性研究温度梯度荷载实际上是当轨道板在太阳照射下，由于混凝土的热传导性能差，会使得轨道板在厚度方向上存在温度梯度，出现白天上表面温度高、下表面低，晚上上表面温度低、下表面高的现象，这样在轨道板在厚度方向发生热胀冷缩，从而使得轨道板发生通曲变形，变形幅度大小由太阳福射热的变化决定，一般晴天变幅大，阴天变幅小。
《2024年基于ANSYS的地铁和城际铁路新型板式无砟轨道设计软件开发》范文
《基于ANSYS的地铁和城际铁路新型板式无砟轨道设计软件开发》篇一一、引言随着城市化的快速发展，地铁和城际铁路的建设日益成为城市交通建设的重要组成部分。
无砟轨道作为现代轨道交通的重要技术之一，其设计质量和性能直接关系到轨道交通的安全、平稳和舒适性。
因此，开发一款基于ANSYS的地铁和城际铁路新型板式无砟轨道设计软件显得尤为重要。
本文将详细介绍该软件的设计思路、技术特点和应用前景。
二、软件设计背景及意义ANSYS是一款广泛应用于工程仿真分析的软件，具有强大的结构分析、流体分析、电磁分析等功能。
在地铁和城际铁路的轨道设计中，ANSYS可提供精确的力学分析、热学分析和动力学分析等，为轨道设计提供有力的技术支持。
然而，传统的轨道设计方法往往依赖于经验公式和试验数据，设计过程繁琐且难以保证设计的精确性和可靠性。
因此，开发一款基于ANSYS的地铁和城际铁路新型板式无砟轨道设计软件，将有助于提高轨道设计的精确性和可靠性，降低设计成本，提高轨道交通的安全性和舒适性。
三、软件设计思路该软件的设计思路主要包括以下几个方面：1. 模型建立：通过ANSYS的建模功能，建立地铁和城际铁路新型板式无砟轨道的三维模型。
该模型应包括轨道结构、路基结构、轨道上部的车体等元素。
2. 力学分析：基于建立的模型，进行力学分析。
通过施加列车荷载、风荷载等外力，分析轨道结构的应力和变形情况。
此外，还应考虑路基的变形对轨道结构的影响。
3. 优化设计：根据力学分析结果，对轨道结构进行优化设计。
优化目标包括提高轨道的承载能力、降低运营噪声、减少维修频率等。
4. 结果输出：将优化后的设计方案以图形化方式输出，包括轨道结构图、应力分布图等。
同时，提供详细的参数信息供用户参考。
四、技术特点该软件的技术特点主要包括以下几个方面：1. 高精度：采用ANSYS的高精度算法，能够准确地进行力学分析和仿真模拟。
2. 自动化：软件具备自动化建模和优化功能，提高了设计效率。
土质路基双块式无砟轨道参数影响分析
土质 路 基 双 块 式无 砟 轨 道参 数 影 响分 析
庄 鹏
摘 要 ： 对土质路基双块 式无砟 轨道 结构 ， 针 建立 了双块 式无砟 轨道整体有 限元模 型， 研究 了主要参数 变化对无砟轨道
受力 的影响 ， 确定 了无砟 轨道设 计参数 ， 从而确保 无砟轨道 结构设计 的安全性 、 济性 。 经
在地震作用时间内 ， 间隔 ０ ０ 时 的边坡稳定 安全 系数 ， 后找 以上 的路堤 ， ． ２ｓ 然 安全系数偏低。 出地震作用时间 内最小的安全系数。
参 考文献 ：
３ 计算 结果分 析
１ 采用简化方法计 算 出的安全 系数和安 全 系数降低程 度 与 ）
［ ］ 刘立平 ． １ 地震 边坡稳 定分析 方法 综述 ［］ 重庆 交通 学院 学 Ｊ．
一
别于其他无砟轨道结构 最显 著 的特 点。双块 式无砟 轨道结 构形 道 结 构 的影 响 ， 算模 型取 ３ 轨道 结 构 ， 计 ０ｍ 以板 中为研 究 对 象 。 式在我国也进行了较多的实际铺设 。
１ 计 算模 型及 参数
路基上双块式无砟轨道系统主要 由钢轨 、 弹性扣件、 带有桁架
有 限元 动 力 分 析 模 型 与 静 力 分 析 模 型 形 式 相 同 （ 图 ２ 图 对 地 震 时 的安 全 系 数 的降 低 程 度 的 影 响 不 大 。７ 简 化方 法 和 有 限 见 ， ）
３， ） 只是 内部参数 不 同。有 限元动 力分 析采用 时程分析 法 ， 分析 元 法的结果均表 明 ， 按现有 工程 习惯 的分 台和坡度设置 ， 加 ｍ 对
钢筋的双块式轨枕 、 混凝土道床板及水硬性混凝土支承层组成。 钢轨选 用 ６ ｇ ｍ 钢 轨 ； ０ｋ／ 扣件 间距 ０ ６ 扣件 节 点 刚度 ． ５ｍ，
双块式无砟轨道的共振性能分析
双块式无砟轨道的共振性能分析邹小魁;吕定花【摘要】为了避免双块式无砟轨道在列车荷载作用下产生共振,使得钢轨位移过大而影响列车平稳性,运用谐响应有限元法和轨道动力学理论建立双块式无砟轨道计算模型,考虑了列车荷载、扣件刚度、阻尼影响因素,对模型进行共振频率与钢轨位移计算.结果表明:扣件刚度影响无砟轨道共振频率及钢轨位移,而阻尼及列车荷载影响钢轨位移.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2010(000)010【总页数】3页(P103-105)【关键词】双块式无砟轨道;共振频率;刚度;阻尼【作者】邹小魁;吕定花【作者单位】中铁山桥集团有限公司,河北,秦皇岛,066205;中铁山桥集团,高级技工学校,河北,秦皇岛,066205【正文语种】中文【中图分类】U213.2+44双块式无砟轨道断面的基本结构为基床表层(级配碎石)、混凝土支承层(C20混凝土)、道床板混凝土(C40混凝土)、双块式轨枕、钢筋桁架、扣件和钢轨［1］，其断面见图 1。
图1 双块式无砟轨道基本结构双块式无砟轨道承受列车荷载的作用，在列车的激励下钢轨产生位移，并且当列车的激励频率与无砟轨道的固有频率一致时，将产生共振现象，使得钢轨位移过大而影响列车平稳性，加速轨道系统的损坏。
因此采用谐响应分析方法，对无砟轨道系统共振频率进行计算分析，避免其产生共振就显得非常有意义。
1 谐响应分析模型建立的方法谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦规律变化的荷载时的稳态响应，其目的是计算出结构在几种频率下的响应，并得到一些响应值(通常是位移)对频率的曲线，从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。
谐响应分析只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑在激励开始时的瞬态振动。
谐响应分析能预测结构的持续动力特性，从而克服共振、疲劳及其它受迫振动引起的不良影响。
谐响应分析是一种线性分析，任何非线性特性如塑性和接触等，即使定义了也将被忽略［2］。
高温多雨地区双块式无砟轨道疲劳特性研究
高温多雨地区双块式无砟轨道疲劳特性研究杨洋;王德英;杨蓓;潘海龙【摘要】文章通过ANSYS软件建立高温多雨地区双块式无砟轨道有限元模型,利用车辆-轨道耦合动力学理论、疲劳伤损理论,在钢筋混凝土疲劳寿命研究成果的基础上,以南宁地区月平均气温为基础,预测高温多雨地区双块式无砟轨道在列车动荷载与温度荷载耦合作用下疲劳寿命,结果表明:高温多雨地区双块式无砟轨道疲劳寿命基本符合高速铁路设计年限;混凝土疲劳失效将会比钢筋疲劳失效早出现;高温多雨地区月平均气温、地区纬度、施工温度组合温度场对疲劳寿命较为不利.对今后高温多雨地区双块式无砟轨道设计与铺设提供指导性建议.【期刊名称】《大众科技》【年(卷),期】2018(020)008【总页数】3页(P36-38)【关键词】无砟轨道;疲劳特性;耦合动力学;ANSYS【作者】杨洋;王德英;杨蓓;潘海龙【作者单位】广西交通职业技术学院,广西南宁 530000;广西交通职业技术学院,广西南宁 530000;广西交通职业技术学院,广西南宁 530000;广西交通职业技术学院,广西南宁 530000【正文语种】中文【中图分类】U213.21 引言无砟轨道以其高平顺性、高稳定性和少维修等特点，在铁路运营中逐渐取得了明显优势，尤其是随着客运专线和高速铁路的修建，无砟轨道更显出其优越性和重要性[1]。
由于无砟轨道在运营中可以大大节省维修费用，并且这些维修费用的节省可以在不长的时间内抵消无砟轨道建设时的较大投资，这个优点也是无砟轨道在我国近年来铁路发展中占重要地位的根本原因[2]。
通常，双块式无砟轨道作为一种混凝土构件，将预制双块式轨枕通过现场浇筑的方式埋入道床板中，其服役过程中往往避免不了刚度、强度以及疲劳这三个基本要求，而其混凝土构建在循环荷载的作用下，出现的疲劳伤损制约了双块式无砟轨道的发展，因此，开展双块式无砟轨道结构的疲劳特性研究有着重要的意义。
近年来，学者们在考虑到高速铁路列车荷载作用下混凝土构件应力分布情况较为复杂的基础上，分别采用混凝土塑性损伤模型[3]、内聚力模型[4]、车辆-轨道耦合动力学理论结合Miner 线性累积损伤准则[5]进行双块式无砟轨道结构疲劳特性研究，并未形成完整研究体系且模型与理论不能应用于所有外界条件（尤其是高温多雨地区）。
路基不均匀沉降对双块式无砟轨道结构受力影响分析
纵向正 （ 余）弦型 不平顺 。应 用有 限 元法计 算路
基不均 匀沉 降对轨 道结构 的影 响 ，采 用弹性地 基 上的 梁板 计算模 型 和 叠合 梁 计算模 型 计算基 础 变 形的 无砟 轨道 荷载 弯矩 ，并进 行 比较 分析 ，两种
模 型 的计算 结果吻 合较好 。路 基不 均 匀沉 降对双
．．
７ ． ４．
誊 Ｏ ／ Ｅ Ｅ ／ ／ Ｖ Ｓ ２ ０ ０ Ｈ Ｎ Ｓ ？ ＩＡｙ ０１／ ７ Ａ／ ／
路 基不 均 匀沉 降对双 块 式无砟 轨 道结 构 受力影响 分析
高增 增
下 ，轨 道结 构产 生挠 曲变形 类似 于 桥梁 结构 的挠 曲变 个 轨道结构 的基 础 ，采用非线性 弹簧单元模拟路基 的不 形 ，可采 用 刚性基 础 法计 算 ，Ｅ 为 轨道结 构 的抗 弯 刚 均 匀沉降 ，将其密布于混凝土底座下。 ｌ
路 基 不 均 匀 沉 降 对 双 块 式
无砟轨道结构 受力影响分析
高增增 ：铁道 第三勘 察 设计 院集 团有 限公 司线路 站场枢 纽工程 设计处 ，助理 工程 师 ，天津 ，３ ０ ４ ０ １２
摘 要 ：路 基不均 匀沉 降分 为正 （ 余）弦型 、错
台型和折 角型 ，对 无砟轨 道 的影响 主要 考虑 线路
图２ 非 线性弹 簧 的位移 一 载 曲线 荷
２ 模型 的建立
２ １ 叠合梁计算模型 ．
在纵向叠合梁计算模 型 （ 图 ３）中 ，考虑轨道 的 １ Ｐ ；路基 支承系数 ０７ ／ 见 ０Ｍ ａ ３ ６ ＝ ＭＮ ｍ 。参 照 《 客运专线 对称性 ，线路纵 向沿 轨道中心线取一半轨 道结构进行计 无砟 轨道设计指南 》，动轮载取 ３ ０ Ｎ ０ 。为忽略边界对 ｋ 算。钢轨可视为弹性点 支承梁 ，扣件用支 点弹簧单元模 轨道 结构的影响 ，计算 模型取３ 轨道结 构 ，以板 中为 ０Ｉ ｌ ｌ
双块式无砟轨道的共振性能分析
频率 越 高 。对 １０ ０ Ｈ ０ ｚ以 内的分 析 频 率 ， 轨一 跨 轨 钢
枕 间距划分 为 一个单 元 能满 足精度 要求 ， 因此 ， 双块 式
双块 式无 砟轨 道 承 受列 车 荷 载 的作 用 ， 列 车 的 在 激励 下钢 轨产 生位 移 ， 且 当 列 车 的激 励 频 率 与无 砟 并
（． １ 中铁 山 桥 集 团 有 限 公 司 ， 北 秦 皇 岛 河 ０６ ０ ； ． 铁 山 桥 集 团 高 级 技 工 学 校 ， 北 秦 皇 岛 ６２５ ２ 中 河 ０ ６０ ） ６ ２ ５
摘要 ： 了避免 双块 式无砟 轨道 在 列车荷 载作 用 下产 生共振 ， 为 使得 钢轨 位 移 过 大而 影响 列 车 平稳 性 ， 运 用谐 响应有 限 元法和 轨道 动 力学理 论建 立双 块式 无砟 轨道 计 算模 型 ， 虑 了列 车荷 载 、 考 扣件 刚度 、 阻尼 影响 因素 ， 对模 型进行 共振 频 率与钢 轨位 移计 算 。结果表 明 ： 扣件 刚度 影响 无砟轨 道 共振 频率及 钢轨 位
应分析 只计 算结 构 的稳 态 受 迫 振 动 ， 而不 考 虑 在 激 励 开始 时的 瞬态振 动 。谐 响应分 析能 预测结 构 的持续 动 力特性 ， 而克服 共振 、 劳及其 它受 迫振 动 引起 的不 从 疲
速 ２ ０ｋ ／ ５ ｍ ｈ和 ３ ０ｋ ／ ５ ｍ ｈ双块式 无砟 轨道 扣件 刚度分
ｌ 谐 响 应 分 析 模 型 建 立 的方 法
谐 响应 分析 是用 于确 定线 性结 构在 承受 随时 问按
正 弦规律 变化 的荷 载 时 的稳 态 响 应 ， 目的是 计 算 出 其
土质路基双块式无砟轨道参数影响分析
土质路基双块式无砟轨道参数影响分析庄鹏【摘要】针对土质路基双块式无砟轨道结构,建立了双块式无砟轨道整体有限元模型,研究了主要参数变化对无砟轨道受力的影响,确定了无砟轨道设计参数,从而确保无砟轨道结构设计的安全性、经济性.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2010(036)005【总页数】2页(P280-281)【关键词】土质路基;无砟轨道;参数;有限元【作者】庄鹏【作者单位】铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津,300142【正文语种】中文【中图分类】U213.244双块式无砟轨道是将预制好的双块式轨枕,在现场通过浇筑混凝土将轨枕埋入到混凝土道床中,使轨枕与混凝土道床板成为一个整体的无砟轨道结构形式,高度整体性是双块式无砟轨道区别于其他无砟轨道结构最显著的特点。
双块式无砟轨道结构形式在我国也进行了较多的实际铺设。
1 计算模型及参数路基上双块式无砟轨道系统主要由钢轨、弹性扣件、带有桁架钢筋的双块式轨枕、混凝土道床板及水硬性混凝土支承层组成。
钢轨选用60 kg/m钢轨;扣件间距0.65 m,扣件节点刚度50 kN/mm;轨道板宽度2.8 m,厚度为 0.24 mm,采用C40混凝土,弹性模量3.40×104 MPa;水硬性混凝土支承层(底座板)宽度为3.4 m,厚度为0.3 m,弹性模量15 000 MPa;计算模型选用弹性地基上的梁—板有限元模型(见图1);钢轨采用弹性点支承梁模型来模拟;扣件用弹簧单元来模拟;轨道板与支承层在厚度方向上的尺寸远小于长度和宽度方向上的尺寸,采用板壳单元来模拟;钢轨和道床板间由弹簧单元通过节点相连接,轨道板是浇筑在支承层上的,支撑块上的荷载通过轨道板传递给水硬性支承层,轨道板与支承层之间通过节点自由度耦合来处理。
动轮载参照《客运专线无砟轨道铁路设计指南》,取300 kN。
为忽略边界对轨道结构的影响,计算模型取30 m轨道结构,以板中为研究对象。
2 双块式无砟轨道参数影响分析2.1 扣件刚度保持轨道结构尺寸和其他参数不变,只改变扣件刚度的数值,扣件刚度分别取30kN/mm,50 kN/mm,70 kN/mm,90 kN/mm计算轨道结构的力学响应。
路基上CRTS Ⅱ型双块式无砟轨道结构设计及其施工简介
法国 TGV 年纯利润达 19144 亿法郎。总之, 高速铁路的社会效益、经济效益有 目共睹。 1.3 无砟轨道的优缺点。 无砟轨道以整体性良好的混凝土或沥青混凝土承载层代替一定级配的石砟 道床。与有砟轨道相比，无砟轨道具有以下优点： ⑪ 轨道的变形主要是由道砟层引起的，而无砟轨道则完美的消除了这一影 响，具有轨道变形小且变形累积缓慢，行车平稳性高的特点。 ⑫ 混凝土承载层对荷载的分散作用很大，基底应力均匀，路基的使用寿命 长。 ⑬ 无砟轨道结构整体性强，可承受更大的轮轨作用力，因而对线路平纵面 的要求可较有砟轨道适度降低， 即可采用较大的线路纵坡与较小的曲线半径，以 降低工程造价。 ⑭ 无砟轨道的轨道高度低，二期恒载小，在一定条件下可降低隧道与桥梁 的工程造价。 ⑮ 无砟轨道最大限度的减少了轨道养护维修工作量，降低作业强度，改善 作业条件，其日常养护维修工作量仅为有砟轨道的 10%左右。 虽然无砟轨道具有以上优点，但也存在明显的缺点： ⑪ 无砟轨道的造价明显提高。主要是两方面的原因：一是轨道本身造价的 提高；二是由于无砟轨道对下部基础（如路基和桥梁）的修建标准比有砟轨道更 高，从而使下部基础修建费用增加了。 ⑫ 无砟轨道的轨道弹性和钢轨的调整量仅靠扣件提供，因而对扣件的要求 提高。 ⑬ 有砟轨道的道床具有吸收噪音和减振的作用，而无砟轨道消除了道床从 而导致其振动和噪音比有砟轨道大。 ⑭ 无砟轨道具有维修或整治困难的特点。 由于无砟轨道具有以上优缺点， 因此我们只有通过科学合理的结构设计和严 格的施工质量控制， 才能尽可能的克服无砟轨道的缺点，让其优点最大限度的发 挥出来。 1.4 国外无砟轨道发展状况 高速铁路具有通过能力大，行车速度快，运输效率高等突出特点，若形成网 络，将更能发挥出快速、安全、舒适的优势。
施工误差使之不能影响上部结构，并可为轨道提供一定弹性。 钢筋混凝土现浇底座板作为板式轨道的基础，在路基、桥梁和隧道地段均需 修建。应严格控制底座板的施工精度。底座板上每隔一段距离设置凸形挡台，用 来固定轨道板的纵横向位置。 1.4.2 德国无砟轨道 1959—1988 年是德国无砟轨道研发与试铺期，共试铺无砟轨道 36 处，累计 21.6 km。到 2003 年，德国铁路无砟轨道铺设总长度超过 600 km,其主要的结构 形式有雷达、旭普林和博格等，其中包含 57 组无砟道岔。 雷达型无砟轨道因铺设于雷达车站而得名， 是由德国慕尼黑工业大学陆地交 通工程试验中心研发的于 1972 年铺设的。运营实践表明，除需少量的调整钢轨 扣件作业外，几乎没有其他维修作业。在德国高速铁路上已铺设 470 km,韩国高 速铁路上铺设 50 多 km,中国台湾高速铁路的 96 组道岔也为雷达轨枕埋入式无砟 道岔。 雷达 2000 型无砟轨道主要由钢轨、扣件、双块式轨枕、混凝土道床板和下 部支撑体系（底座或水硬性支撑层）等构成。
无砟轨道路基动力响应影响因素分析
板 、支承层 、路基基床 、路堤本体等均采 用 ８节点空 间线 弹性实体单元 。计算分析时沿纵 向建立 ３块道床 板长度 的模 型。
（ ）无砟轨道 主要 通 过轨 道 板 和支 承层 的摩 擦 ２ 传递横 向和纵 向作用力 ，因此轨道板 与支承层 、支承
基 金项 目 ：铁 四 院科 技 开发 计 划 项 目 《 砟 轨 道 低 填 浅 挖 路 基 动 无
度 、车 辆 轴 重 、 支 承 层模 量 等 ；结 构 面 间 接 触 状 态劣 化 导 致 无 砟 轨 道 结 构 刚 度 的 降低 和 路 基 面的 动 压
力增大。
关键词 ：无砟 轨道 ；路 基 ；动力响应 ；影响 因素 ；数值仿真 中图分类号 ：２ ３２ ４ １． ４
０ 引 言
（ ）路 基 沿线路 中心轴 对称 称 约束 ，路堤基底采 用 固定约束 ，路 基边坡坡率 １ １５ ：． 。
表 １ 双块 式无 砟轨道 结构 计算 参数
１ ３ 计算 方案 ．
制定仿真分析计算方案 ，开展无砟轨道路 基动应力影 响因素 分 析 ，如 表 ２ 。其 中标 准 模 型 的轴 重 为 １０ ０ ｋ Ｎ，结构 层间的摩擦 系数为 ０ ３ 。 ． ５
展较 慢 ，能减少线 路的养护维修 ，对运输组织 及运 营
维护极为有利 。但 无砟轨道的整体结构对轨下 基础不
结构模 型整体 网格 。
均匀变形的适应性较差 ，因此对轨下基础 的沉 降要求 更 高。路基 主要 由松散的岩土材料构筑 而成 ，其性能 极 易受荷载 和 环境 的影 响。如何 控 制 路基 的工后 沉 降 ，以保证 无砟 轨道的长期稳定性 ，是高速铁 路工程
・
４ ・ ４
路 基 工 程 Ｓｂｒ ｅ ｎｉ ｅｎ ｕｇ ｄ ｇ ｅｒ ｇ ａ Ｅ ｎ ｉ
ANSYS模型的建立--板式无砟轨道论文-兰州交通大学
摘要无砟轨道可以分为预制混凝土板式和现浇混凝土式两种。
在我国，形成技术体系并且纳入技术要求规范的是预制混凝土板式，主要包括单元板式（CRTS I型）和纵连板式（CRTS II型）两种类型。
跟随国际步伐结合我国的基本国情，无砟轨道现已大量投入建设。
为保证轨道结构在运营中的安全性和使用性，有必要对无砟轨道结构进行合理设计。
本文以CRTS I型无砟轨道作为研究对象，进行加载作用下的力学数值进行分析和结构设计。
设计程序如下：CRTS I型无砟轨道的结构形式和几何尺寸确定；运用ANSYS 软件和掌握的结构形式和几何尺寸进行有限元模型的创建，并且对所建模型进行加载求解；在加载下对力学数值分析，根据数值对横截面进行配筋计算，使其的强度和刚度达到模型要求，达到对模型的设计以及检算的任务；对不同地基系数下的轨道结构进行力学分析；最后对CRTS I型板式无砟轨道的施工技术进行陈述。
分析结果表明无砟轨道高平顺性、高稳定必须依赖基础的刚度、砂浆的特性以及轨道板和底座的结构尺寸和配筋，不同的地基系数和支撑层刚度下轨道形变和受力表现出极大的不同。
无砟轨道建设必须加强这些重要环节的质量控制。
关键词：CRTS I型板式无砟轨道；有限元；结构设计；施工技术AbstractNon-ballasted track can be divided into pre-cast concrete slab and in-situ concrete. In China, the formation of technical systems and technical requirements specification is included in the precast concrete slab, including cell plate (CRTS I type) and the vertical connecting plate (CRTS II type). Combined with the international pace of China's basic national conditions, non-ballasted track has a lot to invest in construction. Track structure in order to ensure operational safety and usability, it is necessary to carry out reasonable non-ballasted track structure design reasonable.In this paper, it take CRTS I plate-type non-ballasted track as an object of study, carried out under the action of mechanical loading numerical analysis and reinforcement design calculations, the main research work as flowing: According to CRTS I -type non-ballasted track of development, formed technologies as well as incorporating the requirements of standards to understand the tie track structure and geometry of CRTS I –type. Using ANSYS software and master of the structure and geometry of the finite element model creation, and loaded on the model solution. Under mechanical loading numerical analysis, based on the numerical calculations for the cross section of reinforcement to achieve the strength and stiffness of the model requires. Numerical analysis based on different foundation coefficient. Finally, give a statement of standardized construction methods, construction techniques and other safety matters enumerated in detail.The results show that non-ballasted track high smoothness, high stability must rely on foundation stiffness characteristics of mortar and track the production process and the base plate. Non-ballasted track construction must strengthen the quality control of these important aspects.Keywords: CRTS I type of slab track, finite element modeling, design reinforcement calculation, construction technology目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)第一节引言 (1)第二节无砟轨道介绍 (1)一、无砟轨道结构特点 (1)二、无砟轨道分类 (2)三、无砟轨道功能要求 (3)四、板式无砟轨道国内外现况 (4)第三节 CRTSⅠ型板式无砟轨道结构组成及特点 (5)一、CRTSⅠ型板式无砟轨道结构 (5)二、CRTSⅠ型板式轨道结构特点 (6)三、CRTSⅠ型板式无砟轨道的技术特点 (6)第二章有限元法简介以及ANSYS软件 (7)第一节有限元法简介 (7)一、有限元法概述 (7)二、有限元法分析过程 (7)第二节 ANSYS (10)一、ANSYS发展历程 (10)二、ANSYS有限元法常用术语 (10)三、ANSYS软件的功能 (11)第三章 CRTSⅠ型板式无砟轨道设计 (14)第一节无砟轨道设计方法概述 (14)一、引言 (14)二、国内外无砟轨道设计方法 (14)第二节 CRTSⅠ型板式无砟轨道设计 (15)一、基本假设 (15)二、CRTSⅠ型板式无砟轨道设计参数合理取值的分析 (15)三、CRTS I型无砟轨道设计参数 (16)第三节建模 (17)一、路基上板式轨道有限元力学模型 (17)二、ANSYS模型的建立 (17)第四章 CRTS I型无砟轨道配筋计算 (26)第一节引言 (26)一、计算原则 (26)二、计算方法 (26)第二节温度应力计算 (26)第三节轨道板配筋的计算 (27)一、轨道板设计荷载弯矩值的确定 (27)二、轨道板采用的混凝土及钢筋类型 (28)第四节轨道板纵向配筋计算 (28)一、轨道板纵向配筋 (28)二、检算 (29)第五节轨道板横向配筋计算 (30)一、轨道板采用的混凝土及钢筋类型 (30)二、轨道板横向预应力筋的配筋 (30)三、横向非预应力筋配筋 (31)四、检算 (32)第五章不同支承刚度下轨道受力的研究 (33)第一节路基面刚度概述及基本假定 (33)第二节不同路基刚度下轨道受力的分析 (33)第六章板式无砟轨道施工技术 (35)第一节无砟轨道主要建筑材料 (35)第二节无砟轨道的施工顺序 (36)第三节施工工艺及质量控制要点 (36)一、无砟轨道施工条件 (36)二、无砟轨道施工测量 (36)三、底座施工 (36)四、桥面系、路基附属施工 (38)五、轨道板及扣件安装 (38)结论 (44)致谢 (45)参考文献 (46)第一章绪论第一节引言近年来我国铁路进行了六次大提速，铁路的运行速度越来越快，在这种高速度下，有砟轨道的问题逐渐凸显出来。
路基参数对无砟轨道结构受力影响有限元分析
路基参数对无砟轨道结构受力影响有限元分析
罗震;蔡成标;姚力
【期刊名称】《路基工程》
【年(卷),期】2008(000)005
【摘要】建立了路基上无砟轨道有限元模型,并从应力极值的角度研究路基关键参数对板式轨道和双块式无砟轨道结构受力影响.结果表明,路基参数对板式和双块式轨道的影响规律基本一致;基床表层厚度和基床表层弹性模量变化对无砟轨道结构受力影响很小;基床底层弹性模量增加有利于改善无砟轨道结构受力分布,板式轨道轨道板和底座各向应力均有小幅下降.双块式轨道道床板和混凝土支承层纵向最大拉压应力均有较大幅度减小,基床最大压应力明显减小.
【总页数】3页(P7-9)
【作者】罗震;蔡成标;姚力
【作者单位】西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都,610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都,610031;中铁二院工程集团有限责任公司【正文语种】中文
【中图分类】U21
【相关文献】
1.土路基上板式轨道结构受力的有限元分析 [J], 罗震;翟婉明;颜华;姚力
2.路基不均匀沉降对双块式无砟轨道结构受力影响分析 [J], 高增增
3.宽窄接缝与CA砂浆耦合伤损对无砟轨道-简支梁桥结构受力性能影响 [J], 周凌
宇;覃茜;李炎
4.路基不均匀沉降对无砟轨道结构受力影响分析 [J], 姜辉
5.路基土模量对路面结构受力影响有限元分析 [J], 李鹏飞
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列车静载作用下双块式无砟轨道应力应变的影响分析
列车静载作用下双块式无砟轨道应力应变的影响分析
刘轲
【期刊名称】《高速铁路技术》
【年(卷),期】2018(009)004
【摘要】文章运用有限元软件,分别建立桥上和路基上双块式无砟轨道道床板的梁-板-板模型,模拟在桥上和路基两种工况静载作用下的应力应变影响情况.经过分析,得出以下结论:(1)双块式无砟轨道,无论是桥上还是路基上、荷载作用在板中还是板边,均对大垂向位移和横向弯矩、纵向弯矩中的正弯矩基本没有影响;(2)荷载作用在板边时,横向应力和纵向应力以及纵向弯矩中的负弯矩较荷载作用在板中时影响较大;(3)研究成果对双块式无砟轨道受力分析及优化设计有一定的借鉴作用.
【总页数】5页(P67-70,98)
【作者】刘轲
【作者单位】中国铁路设计集团有限公司, 天津300142
【正文语种】中文
【中图分类】U213
【相关文献】
1.黄土在地铁列车荷载作用下的临界动应力比及动应变发展模型的试验研究 [J], 刘增荣;王鑫;张柯;吴敏哲
2.高速列车作用下双块式无砟轨道与路基垂向耦合振动分析 [J], 杨新文;宫全美;周顺华;练松良
3.温度和列车动荷载作用下双块式无砟轨道道床板损伤特性研究 [J], 朱胜阳;蔡成
标
4.温度荷载作用下路基双块式无砟轨道道床裂缝及受力参数影响分析 [J], 唐长根
5.列车振动荷载作用下某岩质边坡应力应变动力响应分析 [J], 李华东;姜永玲;邓辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
土路基上无碴轨道结构受力分析
土路基上无碴轨道结构受力分析罗震翟婉明蔡成标（西南交通大学列车与线路研究所，四川，成都，６１００３１）摘要应用有限元软件ＡＮＳＹＳ建立了土路基上无碴轨道有限元分析模型，基于该有限元模型研究了土路基上板式轨道底座厚度对轨道结构受力影响的规律。
理论分析结果表明，减薄底座厚度，将略微增大底座各向应力，可以降低基床最大压应力，但对轨道板受力影响甚微。
关键词无碴轨道；板式轨道；有限元法；ＡＮＳＹＳ随着铁路运营速度的提高，传统有碴轨道由于其碎石道床变形累计过快使高速铁路维修工作量剧增，运营成本随之大幅增加，而对有碴轨道结构进行强化又不能有效解决轨道维护和铁路运营速度之间的矛盾。
无碴轨道是以少维修为目的而开发的以整体道床代替碎石道床的轨道结构，因其高平顺性和少维修的优点，在国外高速铁路上获得了广泛应用。
我国铁路正朝着高速化方向发展，无碴轨道结构成区段大量铺设将成为发展趋势。
目前我国已有在客运专线隧道和桥梁上铺设无碴轨道的经验，但尚无土路基上无碴轨道高速条件下的工程实践，因此对土路基上无碴轨道结构进行结构受力分析很有必要。
由于计算机技术的飞速发展，有限元法日益成熟，被广泛应用于各种工程领域。
本文应用商用软件ＡＮＳＹＳ建立土路基上无碴轨道有限元模型并对其进行结构受力分析。
１土路基上无碴轨道有限元模型的建立土路基上无碴轨道结构主要由钢轨、联结件（扣件和胶垫）、整体道床和基床等组成。
无碴轨道有不同的结构形式，其主要区别在于整体道床结构形式的不同，考虑这一因素并综合轨道结构具体情况，可以建立不同的无碴轨道有限元模型。
建模时应充分考虑需要分析的问题，有针对性地建立合理的模型。
在建立无碴轨道有限元模型时，可根据图形拓扑学对轨道结构的各组成部分几何模型进行适当的简化。
对于轨道各组成部分几何形状和材料特性，有的已经明确，则可确定其参数，有的尚需结果分析加以确定，图１给出了土路基上板式轨道有限元分析模型的单元网格划分情况。
图１土路基上板式轨道有限元网格划分图作者简介：罗震（１９７６年～），男，西南交通大学博士研究生，主要从事轨道力学研究。
土质路基CRTSⅠ型双块式无砟轨道垂向动力学分析及参数研究的开题报告
土质路基CRTSⅠ型双块式无砟轨道垂向动力学分析及参数研究的开题报告标题：土质路基CRTSⅠ型双块式无砟轨道垂向动力学分析及参数研究摘要：我国土质路基基础薄弱，传统的轨道建设方式存在着路基破坏、车辙加深和轨道波动等问题，严重影响了轨道运输的安全性和舒适性。
因此，研究一种适用于土质路基的安全、舒适、经济的轨道建设方式是十分必要的。
其中，CRTSⅠ型双块式无砟轨道具有减小车辙深度、降低破损和减少噪音等优势，在我国的城市轨道交通建设中得到了广泛应用。
然而，由于路基结构、轨道系统和列车运行等因素的影响，CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道的垂向动力学问题难以避免。
因此，本文旨在针对这一问题进行深入研究，分析垂向动力学特性和影响因素，探讨相关参数的优化和改进。
关键词：土质路基；CRTSⅠ型双块式无砟轨道；垂向动力学；参数研究一、背景及研究意义随着城市化进程的不断推进和人口的不断增加，城市轨道交通的运输需求日益增长。
然而，传统的轨道建设方式对路基基础承载能力要求高，而我国土质路基的基础薄弱，难以满足这一要求，因此选取一种适用于土质路基的安全、舒适、经济的轨道建设方式具有重要意义。
CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道是一种适用于土质路基的轨道系统，具有减小车辙深度、降低破损和减少噪音等优势，在我国城市轨道交通建设中得到了广泛应用。
然而，路基结构、轨道系统和列车运行等因素的影响，CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道的垂向动力学问题难以避免。
因此，深入研究CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道的垂向动力学问题，分析影响因素和优化参数具有重要意义。
二、研究内容和方法本文将针对CRTSⅠ型双块式无砟轨道的垂向动力学问题，研究其动力学特性和影响因素，并探讨相关参数的优化和改进。
具体研究内容包括：（1）CRTSⅠ型双块式无砟轨道的垂向动力学特性分析，包括轨道垂向刚度、阻尼和质量等参数的计算和估算。
（2）考虑路基结构、轨道系统和列车运行等因素，建立CRTSⅠ型双块式无砟轨道的垂向动力学模型，并进行数值仿真分析。
双块式无砟轨道整体道床施工技术分析
0引言近年来我国高速铁路呈现蓬勃发展的态势，全国范围内的高速铁路建设数量增多。
在高速铁路项目中轨道施工尤为重要，传统的轨道施工技术存在高成本、维护难度大等缺点，而无砟轨道技术可克服这些问题，凸显此技术的优越性。
长期以来，许多高速铁路中都采用了无砟轨道技术，行业内构建了相对完善的技术体系。
以双块式无砟轨道为例，其结构特点如图1所示，因其结构及技术等，在我国许多高速铁路中都有相对成功的应用。
未来的行业发展中需继续研究双块式无砟轨道施工技术。
1线路概况高铁CKGZTJ -9标段正线起讫里程为D1K818+403.9~D1K881+602，全长63.745双线公里，路基8.404km （含站场），占线路总长的13.2%，桥梁11.775km ，占线路总长的18.5%，隧道43.566km ，占线路总长的68.3%。
考虑到该标段内有大量隧道段，因此对轨道施工技术有更高要求。
双块式无砟轨道施工技术最大的优点是少维修与免维修，无砟轨道的全寿命维护费用比有砟轨道低很多，而且轨道几何形状保持良好，非常适合隧道内铺设。
因此该标段决定采用CRTS-I 型双块式无砟轨道整体道床施工，施工单位在施工中合理配置了轨道排架等设备，对施工工艺进行了改进和完善，顺利完成了该隧道的整体道床施工，取得了较好的经济效益和社会效益，并在实践中形成了本工法。
隧道内双块式无砟轨道整道床施工场地布置如图2所示。
2工法优势①机械设备简单可靠，资金投入少。
②可实现机械化作业，一次浇筑道床混凝土成形，劳动强度低，作业安全。
③测量工具简单，易操作，施工精度高，可提高工程质量。
④施工程序简单，连续性强，各道工序衔接配合紧凑有序，全过程平行流水作业，施工进度快，工效高。
⑤环境污染小，现场施工便于组织和管理。
3适用范围本工法适用于CRTS-I 型双块式无砟轨道整体道床的铁路隧道、城市地下铁道等工程（只要两侧有水平方向约束或可以形成水平方向约束即可满足施工条件）。
土路基上双块式无砟轨道垂向动力特性分析的开题报告
土路基上双块式无砟轨道垂向动力特性分析的开题报告一、选题背景及意义在铁路交通建设中，轨道是最重要的构成部分之一。
传统的铁路建设中，常采用的是铺设混凝土底座的轨道，不仅造价高昂，而且所需的施工、维护等费用也很高，同时还存在着环境破坏、施工周期长等问题。
与之相比，无砟轨道因其施工便捷、使用寿命长、运行效率高等优点，得到了广泛的应用。
近年来，双块式无砟轨道采用土路基支撑方式的应用也越来越广泛。
本项目针对双块式无砟轨道采用土路基支撑方式的垂向动力特性进行研究，对于轨道结构的设计、施工和维护都具有重要的实际意义。
二、选题内容本文主要对双块式无砟轨道在土路基上的垂向动力特性进行研究。
首先，对双块式无砟轨道的结构、材料以及各部分的特性进行介绍，然后基于板层理论和有限元方法建立相应的计算模型，分析了双块式无砟轨道在荷载作用下的响应特性和动力特性，并对其在实际条件下的变化规律进行了探究。
最后，根据研究结果，提出相关的建议和措施，优化轨道结构设计和维护管理，提高铁路交通的运行效率和安全性。
三、研究方法1、文献调研：通过查阅相关文献、资料和专利，对双块式无砟轨道及其与土路基之间的相互作用进行深入了解；2、野外实验：通过实验测量，获取双块式无砟轨道在荷载作用下的实际响应情况；3、板层理论分析法：采用板层理论分析法建立轨道与路基的相互作用模型，分析其垂向动力特性；4、有限元模拟：采用有限元方法对双块式无砟轨道在荷载作用下的响应和动力特性进行数值模拟。
四、预期结果通过本研究，预计可以获取双块式无砟轨道在土路基上的垂向动力特性数据，深入了解其与土路基之间的相互作用机制，为优化轨道结构设计和维护管理提供科学依据。
同时，通过建立计算模型和有限元模拟，可以分析双块式无砟轨道在荷载作用下的响应和动力特性，为铁路交通的安全和可靠提供技术支持。
路基结构性能不均匀对无砟轨道静力影响分析
路基结构性能不均匀对无砟轨道静力影响分析严晓波;徐光辉【摘要】为评估路基结构性能不均匀对上部结构的影响程度,运用有限元软件ANSYS 建立基于路基结构性能不均匀的无砟轨道静力学模型,分析两股钢轨之间路基结构性能不均匀、一股钢轨下路基结构性能不均匀对无砟轨道的静力影响。
计算结果表明：路基结构性能不均匀对底座板及路基的受力影响较大,对轨道板及 CA 砂浆的影响较小；两股钢轨之间路基结构性能不均匀范围达到6.3 m2时对轨道板的受力影响较小,不大于 C40混凝土轴心抗拉强度设计值1.71 MPa 时底座板不会开裂；一股钢轨下路基结构性能不均匀范围达到7.2 m2时,底座板底面最大纵向拉应力2.427 MPa,大于 C40混凝土轴心抗拉强度标准值2.39 MPa,不均匀范围达到7.7 m2时,轨道板底面纵向拉应力最大值2.971 MPa,大于 C60混凝土的轴心抗拉强度标准值2.85 MPa。
%In order to evaluate the impact of nonuniform performance of subgrade structure on the superstruc-ture of track structure,this paper established static model of ballastless track on the basis of nonuniform per-formance of subgrade structure by means of finite element software ANSYS/LS-DYNA,and analysed the static effect of nonuniform performance of subgrade structure between two rails and nonuniform performance under one rail on ballastless track.Calculation results showed that:(1)Nonuniform performance of subgrade struc-ture had greater impact on the force of baseplate and subgrade while less impact on track slab and CA mortar. (2)When the area of nonuniform performance of subgrade structure between two rails reached 6.3 m2 ,it had little impact on the force of slab.The stress of baseplate did not causethe baseplate to crack when it did not ex-ceed axial tensile design strength 1.71 MPa of C40 concrete.(3)When the area of nonuniform performance of subgrade structure under one rail reached 7.2 m2 ,the maximum longitudinal tensile stress of the underside of the baseplate reached 2.427 MPa,exceeding 2.39 MPa,the standard value of axial tensile strength of C40 con-crete.(4)When the area of nonuniform performance of subgrade structure under one rail reached 7.7 m2 ,the maximum longitudinal tensile stress of the underside of the track slab reached 2.971 MPa,exceeding 2.85 MPa,the standard value of axial tensile strength of C60 concrete.【期刊名称】《铁道学报》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】5页(P98-102)【关键词】无砟轨道;路基结构;不均匀;静力学【作者】严晓波;徐光辉【作者单位】西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031; 常州市轨道交通发展有限公司工程管理处，江苏常州 213000;西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031【正文语种】中文【中图分类】U211.5路基结构性能不均匀是高速铁路无砟轨道面临的一大难题。
路基上双块式无砟轨道结构的参数影响分析
第２ ｌ卷
（） ｉ 随着扣 件刚度 的增 大 ， 床板 和 支 承层 的纵 、 向拉 、 应力 的最 大 值均 呈 增 加趋 势 。扣 件 刚度 道 横 压
增大 ， 列车荷载的分布范围相对减小 ， 在保持扣件 间距不变的情况下 ， 枕上压力随之增 大， 从而使得作用 于 轨道 板上 的荷载 更为 集 中 ， 引起 更大 的应 力 。
路 基 上双 块 式 无 砟 轨 道 结构 的参 数 影 响 分 析
石 现峰 。 李建 斌 安蕊 梅 。 ， ，
（． １ 石家庄铁道学 院 土木工程 分院 ， 河北 石 家庄 ０ ０ ４ ；． ５０ ３ ２ 河北 省教育考试 院 ， 河北 石家庄 ００ ９ ） ５ ０ １
摘要 ： 对路 基 上双块 式 无砟 轨 道 的 结 构形 式 ， 立钢 轨一 件一 下 垫板 一 针 建 扣 轨 双块 式 轨枕 一 床 道
我 国 目前将 大 规模 地建 设 高速铁 路 客运 专线 ， 中长 期铁 路 网规划 ， ２ ２ 据 到 ０ ０年 我 国将 建 成 “ 四纵 四横 ” 快
速客运 通道 及 三个 区域 城 际快速 客 运 系 统 。 由 于无 砟 轨 道具 有 养 护 维修 工 作 量 小 、 刚度 均 匀 性 好 、 几 何 形 位保 持能 力强 、 耐久 性好 等 特点 ， 国客 运 专 线 轨道 结 构 均 以无 砟 轨 道 为 主 。但 是 由于我 国无 砟 轨 我
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第２卷 第２ １ 期
石 家庄铁 道 学 院 学报 （ 自然科 学版 ）
ｖ ．１ 。 。２ ． １ Ｎ ２
２ ８ 月 ＪＵＮ Ｌ Ｆ Ｈ Ｉ ＨＡ ＧＲ Ｉ Ａ ＳＩ Ｔ ＮＴＲ Ｌ Ｃ ＮＥ Ｊ ．０ ０ 年６ ＯＲ Ａ ＩＡ Ｕ Ｎ Ａ Ｗ Ｙ ＮＴ ＵＥ（ＡＵＡ Ｉ Ｃ ） ｕ ２ ８ ０ Ｏ ＳＪＺ Ｌ Ｉ Ｔ ＳＥ ｎ ０
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0. 860 1. 443 0. 153 0. 516 2. 650 2. 060 0. 685 0. 451 0. 789
0. 476 1. 635 0. 032 0. 497 1. 524 0. 642 0. 431 0. 109 0. 779
50
板端
板中
0. 898 1. 499 0. 155 0. 516 2. 740 2. 141 0. 711 0. 467 0. 796
( 1. 石家庄铁道学院 土木工程分 院, 河北 石家庄 050043; 2. 河北省教育考试院, 河北 石家庄 050091)
摘要: 针对路基上双块式无砟轨道的结构形式, 建立钢轨 扣件 轨下垫板 双块式轨枕 道床 板 混凝土底座 弹性基础的有限元分析模型, 应用大型国际通用有限元分析软件 ABAQUS, 对比 分析不同的扣件刚度、不同的支承层厚度以及支承层弹性模量的变化对于路基上双块式无砟轨 道结构的影响, 为我国无砟轨道的结构设计和工程实践提供依据。
0. 547 1. 795 0. 111
0. 610 2. 196 1. 655
0. 592 1. 174 0. 647
0. 611 0. 682 0. 878
0. 191 0. 094 0. 849
28 000
板端
板中
0. 898 1. 499 0. 155
0. 479 1. 696 0. 014
由以上结果可以看出:
收稿日期: 2008 01 18 作者简介: 石现峰 女 1970年出生 副教授
2
石家庄铁道学院学报 (自然科学版 )
第 21卷
列车荷载作用 位置
道床板纵向拉应力 /M P a 道床板纵向压应力 /M P a 道床板横向拉应力 /M P a 道床板横向压应力 /M P a 支承层纵向拉应力 /M P a 支承层纵向压应力 /M P a 支承层横向拉应力 /M P a 支承层横向压应力 /M P a 道床板垂向位移 /mm
保持道床板断面尺寸 2 800 mm # 240mm、底座板断面尺寸 3 400 mm # 300 mm 不变, 支承层弹性模量 取 15 000M P a, 仅改变支承层厚度, 分别取 260mm、300mm 和 340mm, 分析支承层厚度变化对列车荷载作 用下的轨道结构响应的影响如表 5、表 6所列。
5 000
15 000
板端
板中
板端
板中
道床板纵向正弯矩 道床板纵向负弯矩
道床板横向正弯矩 道床板横向负弯矩 支承层纵向正弯矩
支承层纵向负弯矩 支承层横向正弯矩 支承层横向负弯矩
11. 47 4. 458 6. 070 1. 389 11. 67 0. 001 4. 461 0. 592
14. 46 4. 187 5. 798 0. 007 4. 150 6. 787 1. 665 1. 117
表 5 不同支承层厚度时的轨道结构最大响应值
支承层厚度 /mm
列车荷载作用 位置
260
3 00
板端
板中
板端
板中
道床板纵向拉应力 /M P a 道床板纵向压应力 /M P a 道床板横向拉应力 /M P a
道床板横向压应力 /M P a 支承层纵向拉应力 /M P a 支承层纵向压应力 /M P a
支承层横向拉应力 /M P a 支承层横向压应力 /M P a 道床板垂向位移 /mm
0. 711 0. 467 0. 796
0. 479 1. 696 0. 014
0. 517 1. 562 0. 667
0. 450 0. 120 0. 784
3 40
板端
板中
0. 852 1. 489 0. 146
0. 451 1. 615 0. 013
0. 506 2. 407 1. 885
0. 489 1. 498 0. 689
0. 920 1. 502 0. 164
0. 565 1. 159 2. 478
0. 822 1. 028 0. 810
0. 512 1. 776 0. 042
0. 544 1. 618 0. 826
0. 476 0. 130 0. 805
0. 898 1. 499 0. 155
0. 516 2. 740 2. 141
2 计算模型和计算参数
路基上双块式无砟轨道系统主要由钢轨、高弹性扣件、改进的带有桁架钢筋的双块式轨枕、道床板及 道床板下水硬性支承层组成 [ 2] , 计算模型中钢轨采用弹性点支承梁模型, 扣件采用三向弹簧模拟, 其竖向 刚度采用 50 kN /mm, 间距为 650mm。道床板与底座板由于其在厚度方向上的尺寸远小于长度和宽度方 向上的尺寸, 符合弹性薄板的结构特点, 采用板壳单元进行模拟。道床板弹性模量为 34 000M Pa, 厚度为 0. 24m, 宽度为 2. 8m, 长度为 15. 5 m。为消除边界效应, 模型选取三块道床板进行计算, 以中间单元板作 为研究对象。支承层弹性模量为 15 000MP a, 厚度为 0. 30 m, 宽度为 3. 4 m。动轮载参照 !客运专线无碴 轨道设计指南 ∀[ 3 ] , 取为 300 kN。
9. 144 3. 586 1. 327
( 1) 随着扣件刚度的增大, 道床板和支承层的纵、横向拉、压应力的最大值均呈增加趋势。扣件刚度
增大, 列车荷载的分布范围相对减小, 在保持扣件间距不变的情况下, 枕上压力随之增大, 从而使得作用 于轨道板上的荷载更为集中, 引起更大的应力。
( 2) 随着扣件刚度的增大, 道床板和支承层的纵、横向弯矩均随之增大。
0. 622 0. 425 0. 784
0. 429 0. 103 0. 765
表 6 不同支承层厚度的轨道结构最大弯矩
kN∃ m /m
支承层厚度 /mm
列车荷载作用 位置
260
3 00
7. 964 2. 548 3. 249 0. 915 28. 88 7. 122 7. 004 1. 161
9. 268 2. 709 3. 104 0. 006 7. 984 8. 109 2. 674 1. 159
kN∃ m /m
28 000
板端
板中
6. 622 2. 411 2. 326 0. 644 36. 62 9. 260 8. 726 1. 428
0. 479 1. 696 0. 014 0. 517 1. 562 0. 667 0. 450 0. 120 0. 784
表 2 不同扣件刚度时的结构最大弯矩
扣件刚度 / ( kN∃ mm - 1 )
列车荷载作用 位置
30
40
板端
板中
板端
板中
道床板纵向正弯矩 道床板纵向负弯矩
道床板横向正弯矩 道床板横向负弯矩 支承层纵向正弯矩
7. 189 2. 012 2. 230 0. 006 11. 88 9. 144 3. 586 1. 327
( 1) 随着支承层弹性模量的增加, 道床板所承受的弯矩整体上呈减小趋势, 但支承层所承受的弯矩却 呈增加趋势。
( 2) 道床板垂向位移随支承层弹性模量的增加而减少。 3. 3 支承层厚度变化对无砟轨道结构的影响
第 21卷 第 2期
石家庄铁道学院学报 (自然科学版 )
Vo.l 21 No. 2
2008年 6月 JOURNAL OF SH IJIAZHUANG RA ILWAY INST ITUTE ( NATURAL SC IENCE ) Jun. 2008
路基上双块式无砟轨道结构的参数影响分析
石现峰 1, 李建斌 2, 安蕊梅 1
支承层纵向负弯矩 支承层横向正弯矩 支承层横向负弯矩
6. 094 2. 059 2. 106 0. 619 33. 49 9. 152 7. 987 1. 446
6. 807 1. 987 2. 023 0. 006 10. 95 8. 248 3. 253 1. 153
6. 399 2. 283 2. 229 0. 634 35. 55 9. 298 8. 416 1. 436
0. 516 2. 740 2. 141
0. 517 1. 562 0. 667
0. 711 0. 467 0. 796
0. 450 0. 120 0. 784
第 2期
石现峰等: 路基上双块式无砟轨道结构的参数影响分析
3
表 4不同支承层弹性模量时的结构最大弯矩
支承层弹性模量 /M Pa
列车荷载作用 位置
7. 148 1. 999 2. 138 0. 006 11. 49 8. 817 3. 439 1. 265
kN∃ m /m
50
板端
板中
6. 622 2. 411
7. 189 2. 012
2. 326 0. 642 36. 62
2. 230 0. 006 11. 88
9. 260 8. 726 1. 428
表 1 不同扣件刚度时的轨道响应最大值
扣件刚度 / ( kN∃ mm - 1 )
30
40
板端
板中
板端
板中
0. 802 1. 366 0. 151 0. 490 2. 524 1. 942 0. 651 0. 428 0. 780
0. 472 1. 547 0. 029 0. 474 1. 470 0. 605 0. 407 0. 102 0. 771
( 3) 相比较而言, 道床板和支承层的纵向正弯矩增加稍大一些, 道床板和支承层的其它弯矩指标增加
幅度较小。
( 4) 道床板垂向位移随扣件刚度的增加而增加。
3. 2 支承层弹性模量变化对无砟轨道结构的影响
为分析支承层弹性模量变化对无砟轨道结构的影响, 保持道床板断面尺寸 2 800 mm # 240 mm、底座