14高速有砟軌道技術(shù)的發(fā)展方向

1、車(chē)體公激粉激欲激徽淡游級(jí)激淡貌鵬備:冷嗜貨徹徽麟滅激圖14.1.1車(chē)輛/w砟軌道垂向耦合動(dòng)力學(xué)性能分析模型 （2）計(jì)算條件14高速有砟軌道技術(shù)的發(fā)展方向14.1高速有砟軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能仿真計(jì)算分析（1）分析模型為分析高速動(dòng)車(chē)組對(duì)冇砟軌道結(jié)構(gòu)的輪軌動(dòng)力效應(yīng)，采用車(chē)輛/冇砟軌道系統(tǒng) 唾向耦合動(dòng)力學(xué)模型（圖14.1.1）。鋼軌軌枕道床1）動(dòng)車(chē)車(chē)輛軸重:p=14、17、20t 簧下質(zhì)量:m=1.5、2.0、2.5、3.0t 列車(chē)速度：7=200, 250、300、350km/h2）軌道結(jié)構(gòu) 鋼軌：60kg/m軌枕：iii型混凝土枕，配置1667根/km,間距600mm 軌下膠墊剛度仏=20、30、6

2、0、90 kn/mm 道床支承剛度心=80、100、110、120 kn/mm 路基剛度x/=50kn/mm3)軌道不平順波長(zhǎng) l=0.5、1.0、1.5、2.0 m 波深 a=0.2、0.3、0.5、1.0mm14.1.2車(chē)輛簧下質(zhì)量的影響表 14.1.1 和閣 14.1.2 給出的是，z=lm, a=0.2mm, kp=60kn/mm, 7=100kn/mm,尺廣lookn/mm, p=17t, k=250km/h 時(shí)，簧卜質(zhì)量 711=1.5、2.0、 2.5、3.0t對(duì)有砟軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力效應(yīng)的仿真計(jì)算結(jié)果。00 - 700z¥/z詔0 5 0 5 0 5 0 9 9 8 8 7

3、05o20«o00.2-0.2 10 1 00/«潮=¥運(yùn)碁05o50.o11o20o時(shí) fid/s吋間/sa)輪軌力(b)鋼軌加速度貨下質(zhì)量1.5t0.000.050.100.150.20時(shí)間/so 5 0 5 0 5 « o o o 1 1i i i00/趙駕寫(xiě)運(yùn)耷0.000.050.100.150.20時(shí)間/s5oo 5 o-0 3/«銷(xiāo)兵倀bo表14.1.1簧下質(zhì)量的輪軌動(dòng)力效應(yīng)計(jì)算結(jié)果簧下質(zhì)量/tp/knr/gs/g外/g1.595.1921.9951.2600.9742.096.6462.0471.4021.0552.597.382

4、2.1271.4691.0793.097.6782.1501.4871.080(c)軌枕加速度(d)道床加速度圖14.1.2簧下質(zhì)tt對(duì)有砟軌道輪軌動(dòng)力效應(yīng)的影響由表14.1.1和圖14.1.2可知，隨著車(chē)輛簧下質(zhì)量m的增人，輪軌力和軌道振動(dòng)加速度均有所增大，說(shuō)明降低簧下質(zhì)量對(duì)減少輪軌動(dòng)力作用有利。14.1.3列車(chē)速度的影響表 14.1.2 和圖 14.1.3 給出的是，a=lm，tz=0.2mm , ap=60kn/mm , /c/,=100kn/mm,=1 ookn/mm, p=l7t，a/=2.0t 吋，列車(chē)速度 7=200, 250、300、350km/h對(duì)有砟軌道結(jié)構(gòu)輪軌動(dòng)力效應(yīng)的仿

5、真計(jì)算結(jié)果。0.1()0.150.200.00時(shí)間/s5o5o5o5oc oo 9 98877z1 nw蠢v=200knvhv=250knvhv=300km/hv=350knrh42o-243/®銷(xiāo)寫(xiě)畚®)0眷o05o0.050.10吋間/s20o511o(a)輪軌力(b)鋼軌加速度.82 10 1 oa/s 筠-gy4<-2 6 0 6<1 o 0-0如/5/駕運(yùn)長(zhǎng)招表14.1.2列車(chē)速度的輪軌動(dòng)力效應(yīng)計(jì)算結(jié)果r/km/hp/kn«s/g外/g20094.8071.4301.0650.76425097.2742.1161.4611.07730099.

6、3632.9671.7651.192350100.9993.9842.0621.2110.000.050.100.150.20* 0.000.050.100.150.20吋間/s時(shí)間/s(c)軌枕加速度(d)道床加速度圖14.1.3列車(chē)速度對(duì)有砟軌道輪軌動(dòng)力效應(yīng)的影響由表14.1.2和閣14.1.3可知，隨著列車(chē)車(chē)速度的提高，輪軌力雖略有增大， 但均遠(yuǎn)小于170kno然而，道床振動(dòng)加速w卻隨列車(chē)速度的提高而顯著增大。 若以r=200km/h吋的辦為比較標(biāo)準(zhǔn)，則r=250km/h、300km/h和350km/h時(shí)， 辦分別增大41%、56%和59%。這說(shuō)明有砟道床殘余變形累進(jìn)速率增長(zhǎng)的太快,勢(shì)必

7、會(huì)增大軌道維護(hù)工作量約1倍。14.1.4軌道不平順的影響(1)不平順波深的影響表 14.1.3 和圖 14.1.4 給山的是，l=lm, a=60kn/mm，a=100kn/mm， 廣 100kn/mm, p=17t, m=2.0t，v=250kn/mm 時(shí),不平順波深 a=0.2、0.3、0.5、 1.0mm對(duì)宥砟軌道結(jié)構(gòu)輪軌動(dòng)力效應(yīng)的仿真計(jì)算結(jié)糶。0.100.150.20吋間/sooooooon 6420864011 n 11 n0.000.050.10時(shí)問(wèn)/s0 5 0 5 0 11 ncn/鈀m寫(xiě)迄聶0005o0.2(a)輪軌力(b)鋼軌加速度0.00波深0.2mm波深0.3mm波深0

8、.5mm波深1.0mm-2 o-2-40.050.10時(shí)間/s0.150.200.00().05().10 時(shí)間/s().1564202468 1 i i0.20(c)軌枕加速度(d)道床加速度表14.1.3不平順波深的輪軌動(dòng)力效應(yīng)計(jì)算結(jié)果波深/ mmp/knr/g“s/g外/g0.297.2742.1161.4611.0770.3104.2003.1712.1891.6150.5118.0525.2743.6412.6921.0152.68710.5107.2545.385圖14.1.4不平順波深對(duì)有砟軌道輪軌動(dòng)力效應(yīng)的影響由表14.1.3和圖14.1.4可知，隨不平順波深的增大，輪軌力明顯

9、增大，而鋼 軌加速度、軌枕加速度和道床加速度則均顯著增大。若以=0.2mm為比較標(biāo)準(zhǔn)，則tz=0.3mm、0.5mm和1.0mm時(shí)，輪軌力分別增大7%、21%和57%;而鋼軌加 速度久、軌枕加速度a和道床加速度辦均增長(zhǎng)50%、149%和399%左;fi。由此 可見(jiàn)，松鋼軌焊縫處凹a不平尺度的影響之甚，限制其不平順深度對(duì)高速行車(chē)的 安全性和平穩(wěn)性是多么的重要。因此說(shuō)，我速鐵路規(guī)定列車(chē)速度為250km/h 及以上時(shí)，長(zhǎng)鋼軌焊接接頭頂而平直度標(biāo)準(zhǔn)為0.2mnvlm是正確、合理的。(2) 不平順波長(zhǎng)的影響表 14.1.4 和圖 14.1.5 給出的是，6/=0.2mm, ap=60kn/mm, a=1

10、00kn/mm， /q-lookn/mm，p=17t, m=2.0t，k=250km/h 吋，不平順波長(zhǎng) 7>0.5、1.0、1.5、2.0m 對(duì)有砟軌道結(jié)構(gòu)輪軌動(dòng)力效應(yīng)的仿真計(jì)算結(jié)果。10波長(zhǎng)p/kn*/gb/g0.5m104.6797.8593.7271.6611.0m97.2742.1161.4611.0771.5m93.2411.0630.7700.5062.0m91.5280.6220.4580.321表14.1.4不平順波長(zhǎng)的輪軌動(dòng)力效應(yīng)計(jì)算結(jié)果波 t<0.5m 波長(zhǎng)1 .om 波長(zhǎng)1.5m 波長(zhǎng)2.0m波長(zhǎng)0.5m波長(zhǎng)1.0m波 k;1.5m波00908070 i8

11、4o 780.000.050.100.150.200.00吋間/s0.050.10時(shí)間/s0.150.20(a)輪軌力(b)鋼軌加速度波長(zhǎng)0.5m 波 kil.om 波長(zhǎng)1.5m 波 k2.0m0.000.050.100.150.20時(shí)間/s2 0 2 sss波 k0.5m波長(zhǎng)1.0m波長(zhǎng)1.5m波長(zhǎng)2.0m().()()0.050.10吋間/s0.150.20由表14.1.4和圖14.1.5可知，波長(zhǎng)的長(zhǎng)短對(duì)輪軌力和軌道部件振動(dòng)加速度宥 一定影響，規(guī)律是短波長(zhǎng)比長(zhǎng)波長(zhǎng)影響稍大一些，但不像波深的影響那么劇烈，因此，波深起支配作用，控制波深大小是至關(guān)重要的。14.1.5軌下膠墊剛度的影響表 14

12、.1.5 和閣 14.1.6 給出的是 l=lm, a=0.2mm, =100kn/mm, kf = 100kn/mm, p=17t, a/=2.0t, k=250km/h 時(shí)，軌下膠墊剛度么=20、30、60、 90kn/mm對(duì)冇砟軌道結(jié)構(gòu)輪軌動(dòng)力效應(yīng)的仿真計(jì)算結(jié)果。006.000.050.100.150.200.00吋間/s3迦街妄<姦5990858075-0.050.100.15吋間/si1o0.20a)輪軌力(b)鋼軌加速度-2.0-0.000.05 o.io 0.15時(shí)m/s軌卜'膠絕剛度20kn/mm3/«澍異倀御5 0 5 0 5 0 5 ) 1 >

13、 o o o «_1 1i i i.7-1.4 0.000.050.100.15時(shí)間/s軌下膠簾剛度20kn/mm.o7-o0.20表14.1.5軌下膠墊剛度的輪軌動(dòng)力效應(yīng)計(jì)算結(jié)果軌下膠墊剛度/kn/mmp/kn“r/g«s/g“b/g2094.3582.1241.0710.8103095.1172.1091.1710.8746097.2742.1161.4611.0779098.7462.1001.6651.240由表14.1.5和圖14.1.6可知，隨著軌下膠墊剛度的增大，對(duì)輪軌力雖影響不 大，但對(duì)軌枕加速度仏和道床加速度叫卻有明顯影響。若以ap=30kn/mni為比

14、較標(biāo)準(zhǔn)，則a60kn/mm和90kn/mm吋，仏分別增大25%和43%,辦亦分別增 大24%和43%?？梢?jiàn)，降低軌下膠墊剛度不僅可減小對(duì)混凝土枕的傷損，對(duì)減 緩有砟道床殘變累進(jìn)速率也特別有利。14.1.6道床支承剛度的影響表 14.1.6 和圖 14.1.7 給出的是 l=lm, tz=0.2mm, ap=60kn/mm, kf = 100kn/mm，p=17t, m=2.0t, k=250km/h 吋，道床支承剛度仏=80、100、110、 120kn/mm對(duì)有砟軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力效應(yīng)的仿真計(jì)算結(jié)果。)09590858075 ，麵1 o 1isis2i0005o0.100.15吋間/sa）輪軌力0

15、.200.000.050.10時(shí)間/s(b)鋼軌加速度5o.20>o0.000.050.100.150.20時(shí)間/s 5 0 5 0 5 0 5 擊i o o «1 «1i i i00/s銦寫(xiě)尨vi 2 6 0 6 2 11 110.000.050.100.150.20時(shí)間/s道床支承剛度80kn/mm表14.1.6道床支承剛度的輪軌動(dòng)力效應(yīng)計(jì)算結(jié)果道床剛度/kn/mmp/knwga j%2096.6212.0851.5001.0043097.2742.1161.4611.0776097.5672.1261.4431.1079097.8322.1341.4281.13

16、3由表14.1.6和圖14.1.7可知，道床支承剛度不同對(duì)輪軌力無(wú)甚影響，對(duì)道床 加速度辦影響也不人。若以kb= 1 ookn/mm為比較標(biāo)準(zhǔn)，則當(dāng)a=110kn/mm和 120kn/mm吋，辦分別增大2.7%和4.6%。因此說(shuō)，我國(guó)高速鐵路有砟軌道道床 支承剛度，按速度等級(jí)250km/h和3ookm/h及以上分別規(guī)定為110kn/mm和 120kn/mm是合理的。14.1.7基本結(jié)論綜上分析，就軌道方面而言，為保證高速鐵路列車(chē)運(yùn)行的安全性和平穩(wěn)性， 有兩大關(guān)鍵問(wèn)題值得關(guān)注。一是要嚴(yán)格控制軌面的平直度，二是要降低軌道剛度。 前者可靠定期打磨鋼軌來(lái)實(shí)現(xiàn)，至于打磨門(mén)檻值以0.5mm為宜。而后者可靠

17、使 用低剛度軌下膠墊來(lái)實(shí)現(xiàn)，并尋求其剛度的合理化。14.2日德法高速有砟軌道的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)14.2.1日本新干線(xiàn)有砟軌道門(mén)本東海道新干線(xiàn)客專(zhuān)冇砟軌道最初鋪設(shè)的是50t鋼軌(53.3kg/m);混凝 土枕長(zhǎng)2.4m,配置1600根/km,重250kg；雙層彈片式扣件，軌下膠墊剛度 90kn/mm;碎石道床厚度橋上為200mm,隧道路基為250mm。運(yùn)營(yíng)速度21 okm/h, 軸重170kn。針對(duì)在運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的軌道結(jié)構(gòu)薄弱和剛度偏大的嚴(yán)重缺陷，采取的強(qiáng)化技術(shù) 對(duì)策是：1)增大鋼軌斷面。將原50軌改為60軌(64.8kg/m),定尺長(zhǎng)50m，焊接k鋼軌。(2)增加軌枕質(zhì)量。將原軌枕軌下截而高度從190m

18、m增至220mm，端部底寬從283mm增至310.5mm，枕底曲積從6430cm2增至7040cm2,重量從260kg 增至325kg。(3) 降低軌道剛度。將原扣件軌下膠墊剛度從90kn/mm降至60kn/mm, 并在橋上鋪設(shè)彈性軌枕或砟下膠墊。(4) 增加道床厚度。將原厚從200250mm增至300mm，并改進(jìn)道砟顆粒級(jí)配。山陽(yáng)新干線(xiàn)以東及以后修建的新干線(xiàn)冇砟軌道均鋪設(shè)的是這種經(jīng)強(qiáng)化的冇砟軌道，使用效果良好。同吋日木很重視對(duì)k:鋼軌和軌頭踏面的管理。14.2.2德國(guó)高速線(xiàn)有砟軌道德國(guó)漢諾威維爾茨堡和曼海姆斯圖加特兩條高速客貨共線(xiàn)鐵路，最初鋪 設(shè)的是uic 60軌，長(zhǎng)2.6m b70型混凝土

19、枕，w型彈條扣件，軌下膠墊剛度 80kn/mm,道床厚度300mm。按理說(shuō)，軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)于日本新t線(xiàn)，但它的問(wèn)題 是客貨浞跑（軸重19.5t,速度250km/h），軸重和運(yùn)量對(duì)軌道的破壞更嚴(yán)峻些。 因?yàn)檩S重制約于鋼軌，運(yùn)量制約于道床。德閩鐵路采取的強(qiáng)化技術(shù)對(duì)策是：（1）增加軌枕質(zhì)量。加長(zhǎng)（長(zhǎng)度從2.6m培至2.8m）、加覺(jué)（端部底寬從300mm 增至330mm）、加厚（軌下截面高度從210mm增至240mm）軌枕，以增加軌枕 質(zhì)量（從330kg增至380kg）和枕底有效支承面積（從6680cm2增至7560cm2）, 從而降低道床頂而壓力和道床振動(dòng)加速度。（2）降低軌下膠墊剛度。將彈條扣件中的軌

20、卜*膠墊剛度從80kn/mm降至 60kn/mm,再降至27kn/mm。以降低軌枕作用于道床的動(dòng)力荷載、振動(dòng)荷載和 沖擊荷載，改善道床的工作條件，延緩道床殘變積累速率，延長(zhǎng)道床使用奇命。（3）增加道床厚度。從300mm增至350mm，甚至400mm，以提高道床的 彈性，降低路基基床表層壓力。（4）增設(shè)砟下膠墊。為減緩橋上宥砟軌道道床破碎和粉化過(guò)快，采取在道 床下鋪設(shè)減振膠墊（剛度0.1n/mm）。1998年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的漢諾威柏林客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)，在有砟軌道地段就是鋪設(shè)的這 種強(qiáng)化的軌道結(jié)構(gòu)，使用效果良好，迄今運(yùn)用10年，沒(méi)進(jìn)行過(guò)什么維修工作。14.2.3法國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)有砟軌道法岡鐵路研究認(rèn)為，軌道的損壞主

21、耍是由高軸重車(chē)輛造成的，故不主張?jiān)?250km/h速度條件下開(kāi)行貨車(chē)，專(zhuān)門(mén)修建高速客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)冇砟軌道。法國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)有砟軌道采用的是uic60軌，雙塊式軌枕，長(zhǎng)2.4m,重量 280kg,配置1666根/km; nabla彈片式扣件，軌下膠蟄剛度150kn/mm;道床厚 度300mm,顆粒級(jí)配25/50。運(yùn)營(yíng)實(shí)踐表明，東南線(xiàn)（巴黎里昂）、大西洋線(xiàn)（巴黎勒芒/圖爾）客專(zhuān) 冇砟軌道，運(yùn)營(yíng)速度300km/h,軸重170kn,通過(guò)總重40mt （約2年）時(shí)，就 不得不進(jìn)行一次全面大修；鋼軌使用壽命相當(dāng)于正常使用壽命的40%,還要對(duì)鋼 軌進(jìn)行定期打磨，否則就要增加維修工作量；通過(guò)總重達(dá)到250300mt時(shí)，

22、就耍對(duì)道砟進(jìn)行更換，道砟使用期限僅為客貨共線(xiàn)的25%?？趈*見(jiàn)，叫題主要出現(xiàn)在道床上，為提高高速冇砟軌道的穩(wěn)定性，減緩道砟破碎和粉化，延長(zhǎng)道床使用奇命，法國(guó)鐵路在道砟材質(zhì)和顆粒級(jí)配上的對(duì)策是：(1) 提高道砟材質(zhì)。道砟洛山磯磨耗從laas20%到$17%,再到$16%;道砟硬度系數(shù)wkd2l7到20,再到221。(2) 采用en標(biāo)準(zhǔn)a級(jí)級(jí)配(見(jiàn)表14.2.1)。表14.2.1 en標(biāo)準(zhǔn)a級(jí)級(jí)配篩孔邊長(zhǎng)(mm)63504031.522.431.5 50過(guò)篩質(zhì)fi百分率()10070 9930 6512503>50en標(biāo)準(zhǔn)a級(jí)級(jí)配具有道床內(nèi)摩擦力人，抗剪強(qiáng)度高，道砟不易飛濺的特征。 這種級(jí)配

23、能提高道床振動(dòng)荷載下的穩(wěn)定性，減輕道砟磨損和粉化，延長(zhǎng)道床使用 壽命。(3) 嚴(yán)格控制針片狀顆粒和粉末的含量。(4) 清洗道砟。14.3高速有砟軌道的基本原理和技術(shù)路線(xiàn)14.3.1引論現(xiàn)代有砟軌道技術(shù)的基本原理，實(shí)質(zhì)上就是關(guān)于列車(chē)速度和軌道參數(shù)的選 擇，其技術(shù)路線(xiàn)是軌道結(jié)構(gòu)的“高質(zhì)量、低剛度、優(yōu)選阻尼和參數(shù)合理匹配”。另 一方面，又要把軌道的平順性和軌面的平整性保持在一定的限度以?xún)?nèi)。這些都應(yīng) 成為高速軌道設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)者應(yīng)遵循的基本準(zhǔn)則，以期與列車(chē)速度的增長(zhǎng)相 互適應(yīng)和相互協(xié)調(diào)。14.3.2増加軌道質(zhì)量(1) 增加鋼軌質(zhì)量所謂增加鋼軌質(zhì)量系指采用:暇型鋼軌，縱觀世界高速鐵路都采用的足60軌。

24、500° 304050607080°鋼軌質(zhì)重(kg m)4001000(霄750500250§2001001250圖14.3.1鋼軌質(zhì)量的輪軌動(dòng)力效應(yīng)60軌與50軌相比，由圖14.3.1可知，雖然高頻瞬時(shí)沖擊力a略有增大， 中低頻準(zhǔn)靜態(tài)力戸2兒乎無(wú)變化，鋼軌振動(dòng)加速度a有所減小，而使用壽命曰本 力50軌的1.8倍，更換率法國(guó)僅為50軌的1/6。不言而喻，重軌的主要作用是“大樹(shù)底卜好乘涼”。由于它的乖直抗彎剛度大, 作用萜載分布l<:，可以減輕動(dòng)輪載經(jīng)鋼軌傳給軌枕的壓力，從而減小傳給道床和 路基的壓力，有利于改善軌下基礎(chǔ)的工作條件。這里應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出，只是一味地

25、去追求采用重型鋼軌，而不去注意軌道部件 的合理匹配是不足取的。此外，在鋼軌重型化的同時(shí)，還應(yīng)提高鋼軌的強(qiáng)韌性和 純凈化，提高扣件的彈性，定期打磨鋼軌，才能充分發(fā)揮重軌的作用。(2) 加大軌枕質(zhì)量所謂加大軌枕質(zhì)量系指采用重型軌枕。采用加長(zhǎng)、加寬、加厚軌枕，增大其 重量，是當(dāng)今世界高速鐵路強(qiáng)化冇砟軌道的主要手段，其效果十分明顯。100500(u§600狐300750150100 200300400500600軌挽質(zhì)重/kg圖14.3.2軌枕質(zhì)量的輪軌動(dòng)力效應(yīng)重枕與輕枕相比，由圖14.3.2可知，隨著軌枕質(zhì)量的加大，a力兒乎不受 影響，p2力冇所減小，枕上動(dòng)壓力斤5增加較少，但軌枕振動(dòng)加速

26、度卻冇明顯下 降，這主要是由于軌枕質(zhì)量較大所致。(3) 增加道床質(zhì)量所謂增加道床質(zhì)量系指增加道床厚度和采用重質(zhì)道砟。這也是當(dāng)今世界高速 鐵路強(qiáng)化有砟軌道普遍采用的技術(shù)措施。1) 道床殘變速率影響分析有砟道床殘余變形累進(jìn)速率的快慢，表征軌道結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱，快者為弱，反之 則強(qiáng)。為分析簡(jiǎn)便乂不失一般意義，道床殘變速率漢可表示為：a=ctb9ab(14.3.1)(jh=rd/b(14.3.2)ab=(kzd/mb)i/2(14.3.3)式屮道床壓應(yīng)力；反鋼軌動(dòng)壓力；s軌枕有效支承面積之半；辦一道床振動(dòng)加速度；/gp鋼軌支座動(dòng)壓力； mh一道床參振質(zhì)量。由式(14.3.1)可知，道床殘變速率的快慢，取決于

27、道床壓應(yīng)力q和道床加速度叫的大小。敁然，若想減緩就必須設(shè)法減小和降低ab。如此，除 應(yīng)采用重軌、重枕和降低軌道剛度外，從道床方面來(lái)說(shuō)，考慮到增加其厚度會(huì)受到一定限制，因此，采用重質(zhì)道砟道床便是一條必走之路。2) 道床密度的影響分析10025 _0io33xio3 5xio3 104道床密度/(kg/m3)圖14.3.3道床密度的輪軌動(dòng)力效應(yīng)400100500ch5 o 7 5oooo 3 2125由圖14.3.3可知，隨著道床密度的增加，p2力增加很少，但道床振動(dòng)加速 度外卻有明顯地降低。小表明道床殘變速率亦小，道床穩(wěn)定性好。荷載作用次數(shù)10°1011021031o43) 道砟質(zhì)地的

28、影響0 1 23456 7圖14.3.4道床質(zhì)地的試驗(yàn)比較 由圖14.3.4可知，重質(zhì)道砟與輕質(zhì)道砟相比，在同樣荷載條件下，花崗巖道昨比石灰?guī)r道砟的軌道丁沉景小，道床殘變速率慢。4) 小結(jié)我w高速客專(zhuān)有砟軌道規(guī)定采用花崗巖質(zhì)地的特級(jí)道砟，道床密度 1.75g/cm3是合乎上述道理的。14.3.3降低軌道剛度(1) 緣由綜上所述，采用重軌、重枕和重質(zhì)道床的軌道結(jié)構(gòu)，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都是 有利的。但目前存在的問(wèn)題是重型化有余而合理化不足，表現(xiàn)在軌道剛度偏大。軌道剛度偏大危害甚多。當(dāng)列車(chē)在剛度偏大的軌道上高速運(yùn)行時(shí)，只要車(chē)輪踏面或鋼軌軌頭頂面上有微小的不圓順或不平順，都會(huì)引起輪軌相互動(dòng)力作用的 增長(zhǎng)

29、，ku這種動(dòng)力效應(yīng)又會(huì)隨列車(chē)速度的提高而急劇增長(zhǎng)，對(duì)鋼軌傷損、軌枕裂 紋和道床失效的影響特別有害，因此，必須設(shè)法降低軌道剛度，并使其合理化。(2) 降低對(duì)策由式(7.1.1)可知，軌道垂向整體剛度與構(gòu)成軌道結(jié)構(gòu)的鋼軌類(lèi)型、軌枕種 類(lèi)、扣件系統(tǒng)、道床狀態(tài)等直接相關(guān)。顯然，若降低軌道剛度氏.，唯有從降低 鋼軌支座綜合剛度&上去找出路。而為要降低就必須設(shè)法降低構(gòu)成&的軌 下膠墊剛度和道床支承剛度仏。這里的技術(shù)關(guān)鍵是降低辱，亦即采用低剛度的軌下膠墊。如仍嫌不夠，也可采用增設(shè)枕下膠墊即鋪設(shè)彈性軌枕，或設(shè)置砟下膠墊即道砟墊，或兩者同時(shí)使 用，以期達(dá)到降低軌道剛度的最終目的。(3) 有砟軌道

30、剛度靜力計(jì)算比較分析1) 計(jì)算結(jié)果下而，根據(jù)軌道剛度基本原理,就路基和橋上冇砟軌道剛度和鋼軌撓度問(wèn)題， 按靜力計(jì)算進(jìn)行比較分析，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表14.3.1,以便從中尋求對(duì)降低軌道剛 度的一些有效的技術(shù)對(duì)策和方法。表14.3.1路基和橋上有砟軌道剛度及鋼軌撓度的計(jì)算結(jié)果軌道類(lèi)別c(n/mm3)kh(kn/mm)(kn/mm)ks(kn/mm)k:(kn/mm)kr(kn/mm)k.的比較少0(mm)路基木枕0.10225015551路基pc枕0.3111260391031.910.68橋上pc枕0.4114860431112.01.0810.63路基pc枕0.311124029831.50.81

31、0.84路基pc枕0.311123024721.30.700.97路基pc枕0.311122017551.00.531.27橋tpc枕0.411483025741.30.720.670.95橋上pc枕0.41148604021651.20.630.591.08注：1.道沐系數(shù)c是根裾國(guó)外對(duì)有砟軌道道沐的實(shí)測(cè)資料取位。2.木枕壓縮彈性系數(shù)一般為50kn/mm。3.鋼軌撓度的計(jì)算輪載pu.=70kn。2) 比較分析 若以路基上木枕軌道的彈性水平為比較基準(zhǔn)，則路基和橋上浞凝土枕的 軌道剛度尺.比木枕軌道心高出近2倍之多，說(shuō)明混凝土枕軌道剛度偏大。 就路基上混凝十枕軌道而言，如把么從60kn/mm降至

32、30kn/mm,可降 低約30%左右，大體與木枕軌道持有同等彈性水平，說(shuō)明采用低剛度軌下膠墊是宥效的。 就橋上混凝十枕軌道而言，剛度偏大是國(guó)外高架冇砟軌道的一個(gè)通病。 如把a(bǔ)p從60kn/mm降至30kn/mm，心可降低35%左右；如果仍用ap=60kn/mm， 同時(shí)增設(shè)枕下膠墊(/tsl=40kn/mm),可降低心約40%左右。 應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)輪載一定時(shí)，軌道剛度與鋼軌撓度成反比關(guān)系?，F(xiàn)代高速 軌道的技術(shù)動(dòng)向是，在動(dòng)車(chē)車(chē)輛軸重14t條件卜，軌道參數(shù)4=2730kn/mm， a>5575kn/mm，j<0)=1.01.3mm范圍內(nèi)是所追求的0標(biāo)，這主要是為了使軌 道能具有必要的合理彈

33、性，同吋又不致使軌道彈性問(wèn)題影響到列車(chē)高速運(yùn)行的平 穩(wěn)性。(4) 有無(wú)枕下膠墊和砟下膠墊的計(jì)算比較分析短波不平順(a)動(dòng)輪載短波不平順(b)鋼軌動(dòng)彎應(yīng)力短波不平順(c)軌枕加速度短波不平順(d)道床加速度冇枕下膠墊 冇砟k膠墊無(wú)枕k膠墊 無(wú)砟卜膠墊圖14.3.5有無(wú)枕下膠墊和砟下膠墊的動(dòng)力效應(yīng) 圖14.3.5是引自日本石田誠(chéng)、三浦重等人研究論文的主要結(jié)論，以供參考。1) 動(dòng)輪載。在高頻域無(wú)甚變化，但在低頻域是有枕下膠墊比無(wú)枕下膠墊和 砟下膠墊的動(dòng)輪載小。2) 鋼軌動(dòng)彎應(yīng)力。與動(dòng)輪載相反，是有枕下膠墊的鋼軌動(dòng)彎應(yīng)力大。3) 軌枕加速度。波峰都出現(xiàn)在門(mén)凸不平波長(zhǎng)0.10.2m范圍內(nèi)，并且是有 枕卜膠勢(shì)的比有砟k膠勢(shì)的軌枕加速度大。4）道床加速度。波峰也都出現(xiàn)在凹凸不平波長(zhǎng)0.10.2m范圍內(nèi)，并且其 趨勢(shì)是冇枕下膠墊和砟下膠墊的比沒(méi)冇的小，且枕下膠墊優(yōu)于砟下膠墊。5）小結(jié)。增設(shè)枕下膠墊或鋪設(shè)砟下膠墊是有其一定作用的。14.3.4優(yōu)選軌道阻尼輪軌動(dòng)力學(xué)分析表明，軌t膠墊最佳阻尼值約為0.1mn s/m附近。道床最佳 阻尼大致也在0.1mn s/m附近。而路基阻尼只宥在高量值再增大時(shí)才能顯