无碴轨道 _生活百科

文章插图
无碴轨道【无碴轨道】无碴轨道是以混凝土或沥青砂浆取代散粒道碴道床而组成的轨道结构型式，它具有轨道稳定性高，刚度均匀性好，结构耐久性强和维修工作量显着减少等特点，对于高速铁路较传统的有碴轨道有更好的适应性。砟(zhǎ)，岩石、煤等的碎片，在铁路上，指作道床上的道砟。传统的铁路轨道通常由两条平行的钢轨组成，钢轨固定放在枕木上，之下为小碎石铺成的路砟。传统有碴轨道具有铺设简便、综合造价低廉的特点，但容易变形，维修频繁，维修费用较大。同时，列车速度受到限制。
基本介绍中文名：无碴轨道
外文名：unballasted track
组成：混凝土或沥青砂浆
优点：稳定性高，刚度均匀性好等
缺点：容易变形，维修频繁，维修费用大
适用範围：铁路行业
简介作为最主要的无碴轨道结构型式之一，板式轨道在日本新干线套用广泛。经过30余年的经验积累，日本新干线板式轨道在设计、施工及养护维修等方面日趋成熟。自20世纪，累计铺设里程已达2700多千米。国内对板式无碴轨道的研究是随着对高速铁路的研究不断深入进行的，已在秦沈线狗河特大桥（741）、双何特大桥（740），赣龙线枫树排隧道（719），遂渝线，并在京沪高铁上实现大规模铺设。板式结构组成板式无碴轨道由60kg/m钢轨、弹性分开式扣件、轨道板、乳化沥青水泥砂浆（CA砂浆）、混凝土凸形挡台及混凝土底座等部分组成，轨下设定充填式垫板。对无碴轨道的研究尚处于起步阶段，没有形成规範的无碴轨道计算理论，在本线板式无碴轨道设计过程中，我们在对中国内的三重叠合梁模型、德国的当量叠合梁模型深入研究基础上，採用更为接近实际的有限元梁—板模型。

文章插图
无碴轨道石太客运专线作为中国国内一条集高速客运与重载货运于一体的客运专线，将首次大规模铺设板式无碴轨道，而当前国内尚没有形成规範的无碴轨道计算理论，因此需深入研究板式无碴轨道受力规律，以保证设计经济、合理。採用有限元理论，建立了板式无碴轨道的梁—板模型，套用大型有限元工具软体A9BCB对模型进行求解。套用有限单元理论建立板式无碴轨道结构的整体模型：钢轨採用弹性点支承梁模拟；扣件採用线性离散弹簧模拟；轨道板採用板单元进行模拟；CA砂浆调整层採用实体单元模拟；底座採用弹性地基板模拟，以反映下部基础对轨道结构的支承作用；地基係数採用k30进行计算。基本计算参数为获得最优的轨道结构，採用有限元梁—板模型研究了主要参数对轨道结构各组成部分力学回响的影响规律。如果没有特殊说明，荷载作用于板中，CA砂浆弹性模量取300MPa，其它基本参数，计算结果中轨道板或底座弯矩均为每米範围所受的弯矩值，单位取KN·m/m 。荷载作用位置根据试算，荷载作用于板中和板端两个位置时轨道结构受力为最不利情况，荷载作用于板中时，轨道板纵向正弯矩、底座纵横向负弯矩较大；荷载作用于板端时，轨道板纵向负弯矩、轨道板横向正负弯矩、CA砂浆最大反力以及底座横向纵横向正弯矩较大。设计中，应该综合考虑这两种荷载作用工况下的最大值。

文章插图
武汉至广州客运专线无碴轨道设计扣件刚度分别採用20KN/mm、40KN/mm、60KN/mm、80KN/mm进行分析。轨道板和底座的弯矩以及CA砂浆最大反力都随着扣件刚度的增大而增大，但是当扣件刚度大于40KN/mm时，随着扣件刚度增大，轨道板和底座的弯矩变化趋缓，底座的横向负弯矩当扣件刚度大于60KN/mm时反而有所减小。轨道板宽度轨道板宽度分别採用2.0m、2.2m、2.4m、2.6m、2.8m进行分析。随着轨道板宽度的增大，轨道板纵向弯矩逐渐减小；轨道板横向正弯矩当轨道板宽度小于2.4m时随轨道板宽度的增大而增大，当轨道板宽度大于2.4m时随轨道板宽度的增大而减小；轨道板横向负弯矩当轨道板宽度小于2.2m时随轨道板宽度的增大而减小，当轨道板宽度大于2.2m时随轨道板宽度的增大而增大；CA砂浆反力当轨道板宽度小于2.4m时随轨道板宽度的增大而减小，当轨道板宽度大于2.4m时变化不明显；随着轨道板宽度的增大，底座纵横向正弯矩均逐渐减小，纵横向负弯矩变化不明显。轨道板宽度为2.0m时，各别力学指标明显偏大，说明轨道板不宜太窄，同时可以看到轨道板宽2.2~2.4m是力学指标变化的一个转折点，因此结合力学计算及结构设计，从技术经济角度综合分析，轨道板宽度取2.2~2.4m是合适的。CA砂浆弹性模量CA砂浆弹性模量分别採用100MPa、300MPa、500MPa、1000MPa进行分析。随着CA砂浆弹性模量的增大，轨道板弯矩减小，CA砂浆本身的反力增大，底座弯矩增大，其中轨道板纵向负弯矩和底座纵横向负弯矩变化不明显。当CA砂浆弹性模量大于300MPa时，各力学指标变化趋缓，计算时其最大值可取300MPa，同时考虑CA砂浆弹性模量的离散性和轨道板受力的最不利情况，最小值取100MPa 。地基弹性係数地基弹性係数採用K30，分别按50MPa/m、190MPa/m,500MPa/m,1000MPa/m进行分析。