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路基不均匀沉降下双块式无砟轨道计算方法比较
张群,赵坪锐,刘学毅
( 西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031)
【摘要】建立双块式无砟轨道有限元模型,考虑不均匀沉降的影响,对轨道板和支承层的受力特性进
行分析,并与叠合梁理论解进行比较,通过比较提出实际工程中对于双块式无砟轨道不均匀沉降的简洁计算
方法。
【关键词】双块式; 无砟轨道; 叠合梁理论; 不均匀沉降; 有限元
【中图分类号】 U21312 + 44 【文献标识码】 A
来说,除采用有限元方法外,还可以对上部结构层进行叠合
1 无砟轨道路基不均匀沉降的形式
处理,应用叠合梁模型(如图 2)进行计算。
无砟轨道的轨道板或道床板刚度较大,一旦基础发生不由于结构层之间有水硬性材料之类的紧密联结,可把两
均匀变形,将对无砟轨道受力产生显著影响。基础变形主要层梁当成一个整体梁进行计算。又由于两层梁的弹性模量
, ( ) x = E /E
包括路基上的不均匀沉降,桥梁的挠曲变形、梁端转角与墩台不同计算时下层梁宽度若以上层梁为准缩小 2 1
沉降,以及隧道内可能出现的基岩或抑拱的不均匀沉降变形等。倍,则可由材料力学有关公式计算出整体梁的惯性矩,即:
2
I = ( I + A X )
基础不均匀沉降可分为三种形式, 即正(余) 弦型、 12 ∑ i s s
错台和折角, 如图 1所示。正(余) 弦型主要发生在路基式中: Ii 为上下两矩形惯性矩; As 为上下两矩形面积; Xs
上, 桥梁在列车荷载作用下的挠曲也属于此种类型。错台为上下矩形形心距中心轴距离。
和折角则一般发生在结构物与结构物或结构物与土工物之整体梁承受的弯矩为 M,则上下结构层应力为:
间的过渡段上。而结构物上的无砟道床多为分块式结构, 上结构层底部拉应力:
σ= M ( h - e ) / I ( 1)
特别是在结构缝处必须断开, 因此考虑不均匀沉降对无砟 1 1 o 12
下结构层底部拉应力:
轨道的影响将主要针对正(余) 弦型不平顺。若采用纵连
M x
式无砟轨道结构, 设计检算内容还应包括墩台沉降差及梁σ2 = · e0 ( 2)
I12
端转角。
h h2 x h1
式中: e0 , eu 为截面中性轴位置, e0 = · + ,
2 h1 + h2 x 2
eu = h - e0 ; h1 , h2 为上下结构层厚度; h为上下结构层高度
和。
图 1 不均匀沉降的形式不均匀沉降引起的道床板弯矩为:
下文分别对叠合梁理论解与有限元解计算方法进行介 M = EκI m ax ( 3)
绍,结合双块式无砟轨道路基不均匀沉降的实际情况对两种
3 有限元解
理论的计算结果进行比较分析,通过论证说明用叠合梁理论
(即刚性基础方法)进行设计是简单、有效、可行性的。本文采用通用有限元软件对不均匀沉降作用下土质路
基双块式无砟轨道进行力学分析,所有结构以实际尺寸模
2 叠合梁理论解
拟。在本模型的计算中,轨道板与支承层采用实体单元进行
一般情况下,路模拟,并假定两结构层结合良好。另外采用非线性弹簧单元
基上无砟轨道上部结模拟地基变形。本文假定地基变形按余弦曲线变