根据板式无砟轨道结构特点,选取基本计算参数。
为获得最优的轨道结构,采用有限元梁-板模型研究了主要参数对轨道结构各组成部分力学响应的影响规律。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范围所受的弯矩值,单位取KN·m/m。
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,因此选取这2种工况进行研究。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。
扣件刚度分别采用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。
轨道板宽度分别采用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砂浆弹性模量分别采用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。
地基弹性系数采用K30,分别按50MPa/m、190MPa/m,500MPa/m,1000MPa/m进行分析。
随着地基弹性系数增大,除轨道板横向负弯矩增大外轨道板其它弯矩减小,CA砂浆反力变化不明显,底座弯矩减小。由此可知,隧道、桥梁地段由于基础刚度较土质路基大,对轨道结构整体而言受力是有利 的。
列车竖向荷载作用下板式轨道最不利弯矩计算基本参数取值,同时考虑荷载作用位置以及CA砂浆弹性模量的离散性对计算结果的影响,计算列车竖向荷载作用下板式轨道的最不利弯矩。
在板式轨道力学计算中,荷载作用位置、扣件刚度、轨道板宽度、CA砂浆弹性模量以及地基弹性系数等基本参数的取值是影响计算结果正确与否的主要因素,只有基本参数合理才能保证计算结果的准确,为结构设计提供依据。
计算列车竖向荷载作用下轨道板和底座的最不利弯矩时,荷载作用位置应分别考虑位于板中及板端两种工况;CA砂浆弹性模量应考虑离散性,按100MPa和300MPa分别计算。
路基地段地基弹性系数采用K30时取190MPa/m是最不利情况,计算结果较隧道和桥梁地段偏大。