對(duì)設(shè)置剛度漸變的路橋過(guò)渡段的探究與解析

文/劉振安 河北科工建筑工程集團(tuán)有限公司 河北石家莊 050000 任彥茹 河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河北石家莊 050000

對(duì)設(shè)置剛度漸變的路橋過(guò)渡段的探究與解析

文/劉振安 河北科工建筑工程集團(tuán)有限公司 河北石家莊 050000 任彥茹 河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河北石家莊 050000

采用連續(xù)彈性支承梁系模型，對(duì)設(shè)置剛度漸變的有碴軌道路橋過(guò)渡段進(jìn)行靜態(tài)反應(yīng)分析，得到了解析解，并對(duì)過(guò)渡段鋼軌的應(yīng)力及位移進(jìn)行了討論。

路橋過(guò)渡段；連續(xù)彈性支承；支承剛度；剛度漸變

0　引言

對(duì)于橋上以及路基這兩種不同類型的軌道而言，其軌下支承的條件也是不一樣的，這也導(dǎo)致它們的軌下基礎(chǔ)甚至是軌道整體的剛度和變形也會(huì)不一樣，從而容易引發(fā)在路橋的連接部分不均勻沉降的情況出現(xiàn)。若是有快速列車經(jīng)過(guò)這個(gè)區(qū)段，在輪軌之間的動(dòng)力作用的增大很可能會(huì)讓軌道的狀態(tài)變得更加糟糕，以致于讓行車的平穩(wěn)與安全無(wú)法受到保障。想要讓軌道剛度以及變形突變而導(dǎo)致的輪軌動(dòng)力作用能夠被減輕，可以選擇將過(guò)渡段設(shè)置在不一樣的軌下基礎(chǔ)其軌道中間。只是，這種方式只能限制于尺寸確定，而沒(méi)有確實(shí)的計(jì)算分析也不存在理論依據(jù)的支撐。想要真正解決這個(gè)問(wèn)題，還是需要能夠在理論上將列車運(yùn)行條件下，軌道的過(guò)渡段其應(yīng)力和變形的規(guī)律了解掌握。動(dòng)力分析的重要基礎(chǔ)就是靜力分析，是以本文進(jìn)行分析研究也是針對(duì)于有碴軌道的路橋過(guò)渡段其靜態(tài)反應(yīng)。

1　計(jì)算模型

想要更好的分析有關(guān)于軌道的過(guò)渡段其力學(xué)行為，可以借助于圖1的連續(xù)彈性支撐模型來(lái)進(jìn)行分析[1]。因?yàn)檩喼囟鴮?dǎo)致的鋼軌變形的情況，哪怕左右兩側(cè)的輪重有所差別，相互之間的影響其實(shí)也很小，是以通常對(duì)單側(cè)的鋼軌變形進(jìn)行分析即可[2]。根據(jù)圖 1，其坐標(biāo)原點(diǎn)實(shí)際上就是路橋的連接處，左側(cè)表示位于普通路基上的軌道，右側(cè)表示的是在剛性路基上的軌道，其過(guò)渡段被設(shè)置在了普通路基的其中一側(cè)，長(zhǎng)度是l米。鋼軌的抗彎剛度是EI。對(duì)于路橋的連接處發(fā)生的作用存在單獨(dú)的集中輪載P。圖2為過(guò)渡段軌道基礎(chǔ)剛度變化示意圖，k1、k2(x)、k3分別表示普通路基、過(guò)渡段、剛性路基（橋上）的豎向單位支承彈性系數(shù)。其中，將k2(x)設(shè)為線形變化，則：

圖1　有碴軌道路橋過(guò)渡段分析模型

2　微分方程的建立與求解

圖2　過(guò)渡段軌道基礎(chǔ)剛度變化示意圖

在輪重的作用之下，不同段的路基其鋼軌的撓曲線微分方程[2]分別為：

普通路基：

式（1）、（3）式的通解為：

式(2)為高階變系數(shù)微分方程，采用冪級(jí)數(shù)求解。

由此以上所以待定系數(shù)均可由b表示。

則由以上條件得到不同路段所產(chǎn)生的鋼軌位移y，彎矩M分別為

其中，W為截面抗彎模量。

3　結(jié)果分析

（3）路橋連接處設(shè)置剛度漸變的過(guò)渡段的可最大限度地減少兩者的沉降差,降低列車與線路的振動(dòng),保證列車的安全運(yùn)行。

4　技術(shù)措施

在實(shí)際工程中，可通過(guò)以下方法[3]實(shí)現(xiàn)過(guò)渡段的剛度漸變：

(1) 對(duì)軌枕的長(zhǎng)度以及間距進(jìn)行調(diào)整，也就是說(shuō)以過(guò)渡段作為范圍，采用不斷增長(zhǎng)的超長(zhǎng)軌枕以及對(duì)軌枕之間的間距減小來(lái)讓軌道剛度的逐步過(guò)渡得以實(shí)現(xiàn)；

(2) 軌道剛度的增加借助于軌排彎模量來(lái)實(shí)現(xiàn)，譬如說(shuō)以過(guò)渡范圍作為基準(zhǔn)，將相當(dāng)于護(hù)輪軌作用的縱向鋼軌在基本軌的外側(cè)進(jìn)行增加，從而讓軌道的縱向剛度也得到增長(zhǎng)；

(3)在過(guò)渡段范圍內(nèi)逐漸增加道床厚度,使軌道剛度逐步變化。

[1]郝瀛.鐵道工程[M].北京:中國(guó)鐵道出版社, 2000:67～69.

[2]佐藤吉彥.軌道力學(xué)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社, 2001:14～20.

[3]白海峰.鐵路路橋過(guò)渡段加固處理施工技術(shù)[J]. 鐵道建筑，2001,（12）.