摘 要: 介绍目前国内道岔枕木的类型及相关特点,同时对轨枕道床进行受力分析,结合实例,对广州地铁使用的岔枕进行探讨,为地铁用岔枕的设计和施工、养护维修提供参考。
关键词:地铁;受力分析
1 前 言
目前国内道岔使用的枕木有木枕.合成轨枕和混凝土枕木三种类型,各种枕木类型都有各自的特点,木枕特点:木枕弹性好,宜于加工,运输.铺设.养护及修理方便等优点;缺点是容易腐朽.不环保,受气候影响枕木开裂,性价比较低。混凝土枕木特点:混凝土枕尺寸统一,轨道弹性均匀,提高轨道的整体稳定性,不受气候影响;缺点是弹性差,连接零件复杂,绝缘性能低,重量大更换比较困难。合成轨枕特点:不受天气气候.腐朽的影响,重量轻,易于加工,运输.铺设.养护和维修;缺点是价格较高,废弃后无法处理。
技术经济比较详见下表(7号单开道岔为例)。
2.受力分析
与普通混凝土枕木不同,岔枕有多根钢轨同时作用在上面,转辙器部分岔枕较短,其受力情况类似普通轨枕;导曲线部分岔枕逐渐增长,直股与侧股钢轨交叉布置,受力轨与非受力轨之间间隔较大,同时,非受力轨与纵向岔枕连接,具有较大的抗弯性,因而对岔枕弯曲产生较大的抵抗,在辙叉后部分,岔枕的长度逐渐增长,直股和侧股钢轨已完全分开,并且间隔也逐渐加大,非受力轨的影响也逐渐减弱。
道岔.岔枕结构视为一个整体来分析其受力情况,可以把握每根岔枕的受力特点,为岔枕设计以及养护维修提供参考。
(1)岔枕受力,需要考虑钢轨.轨枕.扣件与道床为一体的整个道岔结构,通过作用在钢轨上的移动荷载来实现。基于有限元理论,以扣件节点来划分钢轨与岔枕单元,以线性簧作为联结件,岔枕下道床采用弹性支承结构来建立模型。
(2)有砟轨道道床是散体材料,其力学性能为非线性,在不同的使用阶段,其弹性也随之改变,道床刚度与道碴的弹性模量有关,并且道床的密实度对道床的弹性模量和内摩擦角也有较大影响,因此将道床模拟为均匀支撑弹性结构。
(3)受力分析的设计参数
设计轴重:140kN
枕上动压力:为保证轨枕强度,承载面的枕上动压力采用0.86~1.2P0(P0为静轮载),即 (详见陈秀芳主编《轨道工程》第199页)。
(4)计算模型
将轨枕下道床简化为只能承受压力的均匀支承弹簧,道床支刚度取70 KN/m(有砟,见《铁路轨道设计规范》第11页)。建立有限元计算模型如下:
图1 计算模型
(5)计算结果弯矩图
①轨下截面正弯矩7.379kN.m。
②枕中截面负弯矩3.119kN.m。
3.结语
地铁车辆段为保证每天的行车安排,车辆段内行车.调车频繁,道岔使用频率很高,因此需要严格控制道岔精度及结构尺寸。广州地铁车辆段道岔全部采用有砟道岔,实际使用中发现采用木枕由于天气温高.湿度大,木枕在施工阶段部分已出现开裂现象,运行两年后发现部分木枕螺栓受力不满足,需要更换木枕。因此从道岔维修.工程经济造价及环境保护等综合考虑,建议地铁车辆段采用混凝土岔枕。
参考文献:
【1】铁路轨道设计规范(TB10082-2005)
【2】陈秀芳编著《轨道工程》
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