磁悬浮论文：磁悬浮列车的轨道施工工艺.pdf

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1、磁悬浮列车的轨道施工工艺磁悬浮列车的轨道施工工艺第第 1 1 章：章： 磁悬浮铁路轨道梁初探磁悬浮铁路轨道梁初探3 3第第 2 2 章：章： 板式无碴轨道板式无碴轨道. .1010第第 3 3章：章： 上海磁悬浮铁路轨道梁预应力施工上海磁悬浮铁路轨道梁预应力施工.16.16附：附： 参考文献参考文献. .116 6第一章：磁悬浮铁路轨道梁初探磁悬浮铁路轨道梁初探第一章：磁悬浮铁路轨道梁初探磁悬浮铁路轨道梁初探轨道梁是磁悬浮铁路的重要组成部分， 也是在磁悬浮铁路的一上木上程部分技术难度最大的。 本文结合国内外磁悬浮铁路的现状及京沪高速铁路磁悬浮方案设计研究， 对磁悬浮铁路轨道梁做了些初步探讨。1

2、 1 概述概述磁悬浮铁路系统是一种新型的有导向轴的交通系统。磁悬浮列车主要依靠电磁力实现传统锐路的支承、导向和牵引功能。由于运行的磁悬浮列车和线路之间无机械接触， 从根本上突破了轮轨铁路中轮轨关系和弓轨关系的约束， 而磁悬浮列车可以比轮轨铁路更经济地达到较高的速度 ( 400-500km/h ),对环境的影响较小。低速运行的磁悬浮列车，在环境保护方而也比其他公共交通具有明显优势。目前达到或接近应用水平的磁悬浮铁路系统，集中在德国和日本。京沪高速铁路磁悬浮方案可行性研究设计参照的是德国的标准，以下就结合德国磁悬浮铁路和京沪高速铁路磁悬浮方案可行性研究设计对磁悬浮轨道梁做些初步探索。磁悬浮列车主要

3、依靠电磁力实现传统铁路的支承、导向和牵引功能，在支承磁悬浮列车运行的结构 (一般称为轨道梁)_卜完成列车的导向、 牵引等功能的构件一般称为功能件， 主要包括长定子(卜而)、支承滑行轨(们)及侧向导轨，长定子用一于提供支承力(吸力)和牵引力，支承滑行轨用于列车降落时提供接触支承滑行轨面， 侧向轨土要2用于控制列车运行方向。山于磁悬浮列车车体结构是固定不变的， 所以轨道梁上功能件的位置是严格固定的， 轨道梁设计时，其结构尺寸严格受到此条件的限制。根据支承梁的结构形式和功能区与支承梁的连接方式，目前研究较成熟的轨道梁主要有以下几种结构形式;钢结构轨道梁(土要跨径24. 768m ,30. 960m

4、) 钢筋混凝土板轨道(土要跨径 6. 192m);钢筋混凝上二型轨道梁(土要跨径 12. 384m);钢和预应力混凝上复合型轨道梁(土要跨径24.768m.30. 960m ) ;预应力混凝上轨道梁(主要跨径为24.768m )。受功能件模块化的影响，轨道梁的长度严格按功能件的长铁芯定子标准长度为1. 032m)的整数倍取值。京沪高速铁路磁悬浮方案可行性研究时轨道梁的长度模数采用了6 个铁芯定子长度(即 6.192m )轨道梁跨度(梁缝中心线的长度)般为 6. i920m,12. 3840m,18. 5760m、24.7680m、30. 9600m、37.1520m。2. 2.德国磁悬浮线轨道

5、梁概况德国磁悬浮线轨道梁概况32.12.1 德国磁悬浮试验线及轨道梁修建概况德国磁悬浮试验线及轨道梁修建概况( (见表见表 1)1)2. 22. 2 柏林一汉堡线选用的轨道梁情况（见表柏林一汉堡线选用的轨道梁情况（见表 2 2）德国在 90 年代末对柏林一汉堡的磁悬浮铁路进行了设计，现在还没有开始施设计中轨道梁采用现场制梁厂预制， 汽车运输、自行式吊机架设。3 3轨道梁的结构形式比较和选用轨道梁的结构形式比较和选用3. 13. 1 钢结构轨道梁钢结构轨道梁钢梁的土要跨度为 24. 768 和 30. 960m,山于其具有非常好的强度、刚度、抗饶度性，而月.可以在计算机测量和控制下完成从设计、切

6、割、焊接、机加_上的全部制造过程并目_可以完全按照理想曲线的精度要求加一 L,对磁悬浮列车线路是最理想的。 但用于加上这种钢梁的机床是一座行走长度 62m 的 6 轴数控铣床，目前国内没有能力生产这样的铣床，如果引进价格较贵。另外钢结构在我国上程中运用时4价格比混凝上结构 FGIG 贵，增加了 L 程造价。图 1 为钢结构轨道梁的截而，被应用在埃姆斯兰磁悬浮铁路试验线大约 5 公里长的北环线_卜。3. 23. 2 钢筋混凝土板轨道梁钢筋混凝土板轨道梁( (见图见图 2)2)钢筋混凝上板轨道梁跨度一般为 6. 192m， 技术很成熟的。 钢筋混凝土板轨道梁在梁体制作及功能件制作、安装等较钢结构轨

7、道梁简单，但由于轨道梁的跨度小，使桥梁的桥墩数量成倍的增加，基础部分的投资增加很多，而目_影响城市景观。一般适用于低置线路及车站，桥而距地而高一般为 1. 25 一 3. 5m。同时，也可用作现浇施工的大跨度桥。53. 33. 3 钢筋混凝土二型轨道梁钢筋混凝土二型轨道梁( (见图见图 3)3)钢筋混凝土二型轨道梁般跨度为 12. 384m，技术较成熟的。受跨度的限制，该类型的轨道梁一般适合于线路高度在 3. 5lOm 左右的情况。3. 43. 4 预应力混凝土复合梁预应力混凝土复合梁预应力混凝土复合梁是以跨度 2X24. 768m 或 2 X 30. 960m 两跨预应力混凝上连续梁作为支撑

8、结构，然后在梁的两侧通过预埋件与3. 096m 长的钢结构功能件相连，由多条铡架构功能件短平面构成一个连续的近似理想曲面。尽管精度要求逊于钢梁，但是可以把预应力混凝土梁和钢功能件分别按标准制作， 使复杂问题简单化，便于组织多家厂商生产供货，缓和施工周期紧的矛盾，可以不再需要常用大型6 轴铣床。对于 2X24. 768m 或 2 X 30. 960m 预应力混凝土连续梁而言，不管是设计还是施工， 在国内都是成熟技术。在德国的埃母斯兰试验线上对预应力混凝上复合梁进行了运行试验， 它也曾是德国准备建造的柏林一汉堡磁悬浮线路的主要结构形式， 其工程可靠性是有基础的。上海磁悬浮线.路_卜，采用的是混合型

9、轨道梁，和我们设计的梁型相比较，安装功能们的悬臂端在前期和主梁体是分离的，架梁后，6通过螺栓与轨道梁连接，山于功能件钢梁不参与轨道梁的整体受力，造成轨道梁土翼缘有效宽度变小， 刚度降低。 为此， 将轨道梁底板宽，并增加梁高， 以保证结构的刚度和自振频率， 其结果使梁体重量加大。采用混合型轨道梁的优点是施_L 工艺简单，有利于保证功能件的尺寸精度。3. 53. 5 京沪高速铁路磁悬浮方案轨道梁结构选型京沪高速铁路磁悬浮方案轨道梁结构选型结合我国国情， 如果大量采用钢结构轨道梁势必增加很多 L 程投资，一般宜优先选择混凝土结构。在线路高度低于 lOm 时，选择钢筋混凝土板轨道梁、钢筋混凝上:型轨道

10、梁是有足够优势的;在线路高度大于 lOm 左右时，轨道梁的跨度一般宜选择在24m31m 左右，而此种跨度的轨道梁目前结构形式较多。 木项目通过初步研究后，提出了采用预应力混凝土轨道梁的结构形式，其结构尺寸见图40预应力混凝土轨道梁悬臂在轨道梁梁体预制时就和主梁体连在一起，增加了轨道梁的整体刚度，简化了梁体的横截面，节省材料，可降低造价，后期养护费用降低，但轨道梁在预制过程中增加了功能件安装的难度。7京沪高速铁路磁悬浮方案设计研究采用的轨道梁梁型在竖向列车荷载作用下的部分技术指标如下:4 4 结束语结束语本章仅对磁悬浮轨道梁做了些初步探讨， 并结合京沪高速铁路磁悬浮方案设计研究，经过计算，预应力

11、混凝上轨道梁的技术参数均符合要求， 但是这种梁型需要提高制梁一 L 艺以保证轨道梁在悬臂端安装功能件的制造精度。8第二章：上海磁悬浮铁路轨道梁预应力施工第二章：上海磁悬浮铁路轨道梁预应力施工上海磁悬浮工程为国家重点工程， 既是国内兴建的首条磁悬浮铁路，也将是世界上首次用于商业运营的磁 b.浮铁路。它东起上海浦东机场，西至龙阳地铁站，全长约 30krn，设计时速 450kr 可 h，总投资约 90 亿元。1 1 轨道梁概况轨道梁概况磁悬浮列车卞要依靠电磁力实现传统铁路的支承、 导向和牵引功能，而实现这一功能的卞要部件就是导向轨。 导向轨卞要由两部分组成:导向轨的功能件，包括长定了、支承滑行轨及侧

12、向导轨;逗支撑结构，包括各种形式的轨道梁。由于磁b.浮列车以高速度运行，同时要求列车通过时导向轨零挠度， 因此，对轨道梁儿何形状精度和抗变形、抗震、抗裂等性能提出了高要求，并对梁体施工的实际状况和测试结果予以评定。所以，在轨道梁中铺设了大量的预应力筋并进行张拉，以提高构件性能。轨道梁的规格有 12 ,21 ,24 ,SOrn 梁， 24m 梁中锚具及钢绞线在梁上布置如图 1 所示。钢绞线采用 270 级高强低松弛钢绞线，直径 15.24mrn，每股公称面积 140rnrn2，标准强度 1860MPa，技术条件符合美国标准预应力混凝土用无涂层七兹钢绞线技术条件ASTMA416M-98 III预应

13、力混凝土用钢绞线GB/T5224-1995 的规定。后张预应力锚具应满足预应力筋用锚具、夹具和连接器)kB/T 14370-2000 规定的 I 类锚具要求，严禁出现断兹和滑兹。由于后张锚具是关键的受力件， 其质量和施工水平将直接影响梁9中的应力分布。 为此， 选用柳州海威姆公司生产的新型 HVM 15 系列锚具。该锚具采用计算机有限元技术对锚固件进行了受力分析， 通过研究夹片和锚板的尺寸配合关系， 对原有的锚夹具锚固单元进行分析的同时，也采用同样的边界条件、单元划分方法、荷载、单元类型对新设计的锚固单元进行分析。 对比两者的受力情况，特别是两者钢绞线的应力集中程度，以选取优化设计方案，使得锚

14、具结构尺寸优化，适应性强，预应力损失小，确保了工程质量并提高了预应力施工的安全性和可靠性。 新型 HVM 15 锚具锚固单元有限元分析计算结果如图2 所示，图 2 中左边为钢绞线的轴对称单元，中间为夹片单元，右边为锚板单元。由图2 可见，钢绞线在夹片小端发生颈缩，说明锚具的锚固性能很好，可以达到很高的锚固效率系数。T5224-1995 的规定。后张预应力锚具应满足预应力筋用锚具、夹具和连接器)kB/T14370- 2000 规定的I 类锚具要求，严禁出现断兹和滑兹。由于后张锚具是关键的受力件，其质量和施工水平将直接影响梁中的应力分布。 为此， 选用柳州海威姆公司生产的新型 HVM 15 系列锚

15、具。该锚具采用计算机有限元技术对锚固件进行了受力分析， 通过研究夹片和锚板的尺寸配合关系， 对原有的锚夹具锚固单元进行分析的同时，也采用同样的边界条件、单元划分方法、荷载、单元类型对新设计的锚固单元进行分析。 对比两者的受力情况，特别是两者钢绞线的应力集中程度，以选取优化设计方案，使得锚具结构尺寸优化，适应性强，预应力损失小，确保了工程质量并提高了预应力施工的安10全性和可靠性。 新型 HVM 15 锚具锚固单元有限元分析计算结果如图2 所示，图 2 中左边为钢绞线的轴对称单元，中间为夹片单元，右边为锚板单元。由图2 可见，钢绞线在夹片小端发生颈缩，说明锚具的锚固性能很好，可以达到很高的锚固效

16、率系数。2 2 施工过程施工过程梁顶部和底部的成排钢绞线为先张部分， 中间 4 束钢绞线为后张部分。张拉施工前丁斤顶和油表需到法定计量单位配套标定，并取得相应的标定报告， 后张锚具还需做静载试验， 合格后方可进行施工。2. 12. 1 先张施工先张施工11将有内模的钢筋骨架绑扎好， 并同时安装好波纹竹和螺旋筋， 穿入钢绞线后用吊车吊至预定位置，准备工作完成后按如下顺序施工(见图 3) : 1,钢绞线穿过端模板;目单孔连接器连接张拉台架上的1 段钢绞线;国月 4 台台架上的丁斤顶对钢绞线整体预紧;匹在台架和油缸之间插入 U 形铁块，4 台丁斤顶卸压(上、下各2 台);圆刊前卡丁斤顶逐根张拉至计控

17、制应力;待混凝土达到一定强度后，丁斤顶顶出，取出 U 形铁块，缓慢卸压，钢绞线放松，割掉梁端头富余的钢绞线(放张过程)。钢绞线先张施工结束后浇注混凝土，然后盖帆布蒸养约 2. 5d，使混凝土强度达到设计强度的 80%左右，脱模后将预制梁从制梁车间移至外面的空地上进行后张施工。 先张法张拉时，梁与梁间用单孔连接器将钢绞线连起来， 3 片 12m 梁或 2 片24m 梁即可同时张拉，大大加快了施工进度， 并节省了张拉台座和张拉设备，减轻了工人的劳动强度。2. 22. 2 后张施工后张施工2. 2. 12. 2. 1 安装波纹竹、螺旋筋、锚垫板因波纹竹重量轻、体积大、运输成本高，所以采用现场机器卷制

18、金属波纹竹。 波纹竹安装尽量按照图纸要求，每隔一定距离用细钢筋绑扎牢固， 防止浇注混凝土时竹道上浮和偏位。当波纹竹与普通钢筋相碰时，钢筋可作适当调整。波纹竹安装好后严禁焊接作业，防止烧伤竹壁造成漏浆，同时先将钢绞线穿入波纹竹中，避免万一竹道有少量漏浆时无法穿索的局面。 锚垫板用螺栓固定在端模上，靠模时注意锚垫板与波纹竹必须垂直。2.2.22.2.2 张拉、锚固以图 1 所示的 24m 梁为例，在后张施工中，轨道梁12与以往预制梁不同的是:它先对下边的 2 束钢绞线用 11孔锚具张拉到设计应力，上边的 7 孔锚具及钢绞线用胶带纸粘好封住， 防止钢绞线腐蚀和雨水进入波纹竹内，待混凝土的收缩徐变完成

19、， 即约 2 个月后再进行张拉、灌浆。由于施工单位不同，采用了多孔顶压锚固和限位板限位后夹片跟进自锚两种锚固工艺。 张拉控制应力均为钢绞线标准抗拉强度的 65%左右(12 ,24m 梁)。张拉方式为 4 台丁斤顶对 2 束钢绞线两端同时张拉。张拉程序如下:开始叶初应力(0.1 y- ) 叶0. 2 y.-叶0. 5 y- 控制张拉力(嗽 11)叶持荷2 Srnin 叶顶压叶放张锚固。多孔顶压锚固方式采用 YCW 250I 200DY 型多孔顶压丁斤顶进行后张施工。此类丁斤顶在国内较少运用，其原理如图4 所示。卞要参数如下 :公称张拉力2480kN;公称顶压力240kN;张拉行程200rrnn;

20、顶压行程21mn;公称油压54MPa;公称顶压油压21MPa与限位后夹片自动跟进的方法相比， 顶压锚固方法在实践中更能减少夹片对钢绞线的J 伤 A 安装张拉设备的速度较快，但张拉不同孔数的锚具时需更换顶压器，目较为笨重。采用 2 种不同的锚固工艺，13HVM 锚具均能使钢绞线回缩值满足规范要求。2.2.32.2.3 灌浆待预应力筋张拉完毕后，立即进行孔道压浆。14第三章：板式无碴轨道动力学性能分析第三章：板式无碴轨道动力学性能分析随着现代高速铁路和城市轨道交通的快速发展， 以少维修或不维修为特点的板式轨道得到了较快发展。 本文以秦沈客运专线板式轨道为研究对象，建立了板式轨道一高速列车藕合动力学

21、模型。模型中，针对轨道板的几何特性和受力特点， 采用了弹性薄板单元而不采用简化的梁单元。针对板式轨道可能出现的短波不平顺形式， 如焊接接头不平顺、竖错不平顺进行了系统分析， 通过对车辆系统及轨道部件动力响应的分析比较，指出了常见短波不平顺的合理限值， 即在中高速线路上， 焊接凹接头不平顺的幅值戈+占2三0.3mm， 特别是短波长(兄三 o.lm)不平顺戈三 o.lmm，焊接凸起不平顺幅值占osmm，竖错不平顺幅值 hZmm。应用模型进行了板式轨道的参数研究，主要是针对板式轨道的扣件刚度和 CA 砂浆厚度来进行:系统动力学的分析结果显示，降低板式轨道的扣件刚度， 可以明显改善板式轨道和车辆部件的

22、动力学性能，但由于扣件刚度过小又会增大列车前进的阻力， 综合考虑轨道板及 CA 砂浆的受力情况， 建议板式轨道的扣件刚度取 30一 6OkN/mm;而改变 CA 砂浆厚度对于改善轨道及车辆的动力性能影响不大， 建议对于 CA 砂浆厚度的选择按照施工方便及经济性要求确定。1 1无碴轨道结构发展现状无碴轨道结构发展现状高速铁路轨道是承受高速列车运行的基础设备，由于列车速度高，车辆和线路的振动问题非常突出。 高速列车轮轨系统的振动加速度、不平衡加速度和冲击动能均与速度的平方成比例， 所以随着速度15增加，轮轨之间的动力作用急剧增加，导致轨道变形加速、部件损伤加快、轨道稳定性降低，直接影响高速列车的平

23、稳舒适、安全可靠地运行。日前，高速铁路轨道结构主要有两种类型:有碴轨道和无碴轨道。从实际经验来看，两种轨道都可以运行 3O0km/h 以上的高速列车，如法国高速铁路和日本的山阳新干线均全部或部分铺有有碴轨道， 列车速度已经达到 30Okm/h，虽然法国也在对无碴轨道进行实验研究，但至今在 TGv 运营线上仍全部采用有碴轨道。德国高速列车轴重较大，且客货混跑， 其有碴轨道破损严重，要求换铺无碴轨道的呼声甚高。有碴轨道在高速列车载荷的反复作用下，残余变形积累很快，而且沿线路方向的变形积累和轨道刚度分布不均匀， 从而造成轨道不平顺，影响列车运行的舒适性和安全性， 同时显著增加轨道的养护维修工作量，加

24、大铁路的运营投入。为了提高轨道在高速运行条件下的稳定性和平顺性，减少轨道维修量，世界各国的高速铁路上都尽量采用无碴轨道。相比于有碴轨道，无碴轨道具有一系列特点:一方面，无碴轨道具有轨道平顺性高、刚度均匀性好、轨道几何形位能持久保持以及维修工作量可显著减少等明显优点。 无碴轨道修建时所增加的投入经费， 一般可在一个线路大修周期内依靠所节省的线路养护维修费用收回投资。另一方面，无碴轨道在运营过程中一旦产生病害， 维修将十分困难。因此对无碴轨道的适用范围、设计条件和施工技术等问题，都必须十分重视。一般来讲，无碴轨道主要适用于桥梁、隧道、石质路基16等具有坚实基础的线路地段， 对于土质路基，因很难解决

25、列车反复作用下的路基的下沉问题，修建无碴轨道存在较多的技术问题， 同时费用十分昂贵。无碴轨道虽然具有较均匀的轨道刚度， 但应当使轨道具有与有碴轨道相当的弹性，以缓解高速列车的动力冲击作用， 为此须增设如沥青砂浆或橡胶等弹性垫层， 同时为完成轨道高低与方向的调整而使得扣件的结构型式复杂化。 在无碴轨道的施工过程中， 需要精确的施工控制等技术，对施工组织和施工工艺等提出了更高的要求。有碴轨道和无碴轨道各有各的优缺点， 在高速铁路上究竟应铺何种类型轨道结构，应从技术和经济角度全面衡量决定。 从目前世界各国高速铁路的运营情况来看， 列车速度低于 300km/h 时，桥隧区段可铺设无碴轨道，路基上宜铺设

26、有碴轨道，当行车速度大于300km/h时， 采用无碴轨道可较好保持轨道的平顺性， 有利于高速行车 了口。1.11.1 国外情况国外情况各国发展的无碴轨道结构型式多样， 且都有较为成功的例子。经过多年的运营考验，一般认为日本的板式无碴轨道(以下简称板式轨道)和德国的Rheda型无碴轨道(简称Rheda轨道)以及用于隧道的弹性支承块式无碴轨道比较成熟40 。1.1.11.1.1 日本板式无碴轨道日本板式无碴轨道日本是发展无碴轨道较早、较快的国家，为了适应高速行车的需要，解决线路维修的困难，以及由于山阳、东北、上越等新干线桥隧工程结构占全线的比例非常大，从 60 年代中期以来，日本铁路成功地研制发展

27、了板式轨道。东北、上越新干线板式轨道分别占全线延长公里17的 90%和 93%。目前 A 型板式轨道己标准定型，并作为基本轨道结构推广应用。日本板式轨道结构由轨道板、水泥沥青砂浆(CA 砂浆)和混凝土基础三大部分组成。钢轨铺设在轨道板上，CA 砂浆作为轨道板的弹性垫层， 同时可以通过再次灌注 CA 砂浆对轨道板进行一定程度上的调整。混凝土基础上每间隔一定距离布置凸型挡台， 以承受轨道的纵、 横向力。 A 型轨道板的长度通常为 5， oom， 宽度为 2.34m，厚度 xgomm，CA 砂浆厚度 4omm。日本铁路广泛铺设板式轨道，截至 1997 年底已铺设了 2400km，主要用于桥梁和隧道地

28、段。近几年，随着北陆等新干线的建设，板式轨道又有了较大发展，主要在以下几个方面:(l)可用于露天地段使用的土路基上板式轨道;(2)为节约混凝土用量、降低造价，发展了框架型板式轨道;(3)为了提高 CA 砂浆的灌注效率，节约模板用量，发展了 CA 砂浆的编织袋灌注方法;(4)在人口稠密的居民区， 为了降低噪声的干扰， 在轨道板和 CA 砂浆垫层间铺设 25mm 厚的橡胶垫层，发展了防振型板式轨道。1.1.21.1.2 德国德国 RhedaRheda 型无碴轨道型无碴轨道1972 年原西德铁路在 Rheda 车站试铺了由德国慕尼黑工业大学陆地交通工程试验中心开发的枕式无碴轨道， 轨下基础由整体混凝

29、土枕和现浇钢筋混凝土板组合而成， 称为 Rheda 型无碴轨道。 运营实践表明，试铺在 Rheda 车站的枕式无碴轨道，除少量调整钢轨扣件作业以外，几乎没有其他作业，维修工作量很少，显示出良好的质量与性能，这18种无碴轨道经过不断改进和完善， 现已把它标准定型为 Rheda 型无碴轨道，并广泛应用在土质路基上隧道内和高架桥上1.1.31.1.3 英国以英国以 CTCT 轨道轨道英国铁路从 1960 年开始研究无碴轨道，1966 年起开始试铺各种型式的板式轨道。 英铁路的无碴轨道与日本新干线和德国铁路干线所铺设的板式轨道均不相同， 它是用钢筋混凝灌注成的无接缝连续的刚性道床板直接支承钢轨， 在轨

30、底与混凝土道床之间放置一条带状的连续橡胶垫层， 以给轨道提供必要的弹性， 采用潘德罗尔弹条扣件联结。这种轨道也称为 PACT型无碴轨道。 英国铁路试铺的 PACT型无碴轨道，具有投资较低、维修费用少、噪音小、定性强等特点，适宜在隧道内和高架桥上使用。但由于轨道板与其基础是刚性联结， 故要求基础必须坚实、不变形，一旦混凝土道床损坏，修复是很困难的。1.1.41.1.4 弹性支承块式无碴轨道弹性支承块式无碴轨道弹性套靴支承块式低振动混凝土无碴轨道采用两块独立的混凝土支承块，块下加设弹性垫层，支承块的下部和周边加设橡胶套靴，当支承块的高低、水平和轨距调整完毕以后，就地灌注道床混凝土将支承块连同橡胶套

31、靴包裹起来而构成的弹性支承块式无碴轨道。 这种轨道的特点是块下弹性垫层可提供轨道垂向弹性， 橡胶靴套则可提供轨道纵向和横向的必要弹性。这种无碴轨道在瑞士、丹麦、葡萄牙、比利时、委内瑞拉等国铁路均得到了应用和发展在哥本哈根、 亚特兰大等城市的地铁内也得到了推广应用;法国铁路将双块式混凝土枕嵌固在混凝土道床内的 VsB19型无碴轨道也属于此类3 幻。1.21.2 国内情况国内情况我国无碴轨道的研制工作起步相当早。在 1934 年就曾铺设过混凝上整体道床轨道，从 1965 年即开始在长大山岭隧道内大量采用混凝土整体道床。北京地下铁道也全部采用了整体道床无碴轨道， 并取得了较好的效果。早在 1958

32、年当时的唐山铁道学院与北京铁路局合作曾在唐山车站铺设过无碴轨道， 后我国铁路设计、研究部门又做了大量的研究工作，形成三种主要的结构型式 :钢筋混凝土支承块式、短木枕式、整体灌注式，主要用于隧道中。桥上无碴轨道主要研制了无碴无枕梁，并在九江长江大桥的混凝土引桥上采用。80 年代初为完善和发展整体道床轨道，开始积极研究并尝试应用板式轨道。 进入90 年代以来，为适应我国铁路高速行车，发展高速铁路的需求，经过研究和开发，提出了可适用于隧道、 桥梁和大型车站等地段的弹性支承块式、长枕埋入式及板式轨道。随着我国快速铁路的发展，我国无碴轨道的研制工作又步入了一个新阶段。 参照日本板式轨道、德国Rheda

33、轨道的型式，我国研制了板式轨道和长枕埋入式两种无碴轨道型式，已经铺设在时速 ZO0km 的秦沈客运专线的桥梁上。参照国外经验，研制了弹性支承块式无碴轨道， 已铺设在秦岭隧道中。在城市轨道交通中，广州地铁二号线铺设了弹性短轨枕轨道，以降低地铁列车振动对环境的影响， 在需要特殊减振处理的地段， 采用了减振性能更好的浮置板轨道。 北京城铁在通过某高校实验室旁边时，为了减轻对实验室的影响，采用了钢弹簧浮置板轨道，减振效果20明显。 轮轨相互作用分析的一个特点是轨道结构参振模型逐步接近实际情况， 从简单的等效集总参数模型友展为单层或多层支承的弹性地基梁模型和连续弹性点支承梁模型;车辆模型也从不考虑车轮质

34、量的移动荷载、 单一质量负荷车轮发展为考虑车辆具有一系和二系悬挂的多自由度模型 ;轮轨接触模型由简单的弹簧连接发展为考虑轮轨间Hertz 接触的复杂模型，并将轨道不平顺的激励作用引入轮轨动力分析。在轮轨相互作用研究的这一阶段， 轮轨动力作用的研究集中在轨道垂向方面， 横向和纵向相互作用研究不多， 对于轮轨垂向相互作用，其相互作用的理论逐渐形成， 理论分析模型渐趋完善，模型分析已成为定性分析的重要手段。与此同时， 理论分析和试验测试使人们更加认识到研究轮轨动态相互作用的重要性， 简单的轮轨动力分析己不能满足人们对解决实际问题的需要，开展轮轨系统动力学的研究势在必行。国内外对于有碴轨道的动力学研究

35、比较成熟， 己经步入轮轨相互作用的系统动力学研究阶段， 它以细致地考虑机车车辆系统、 轨道结构系统和轮轨相互作用并集三者于一体为主要特征， 机车车辆与轨道通过轮轨关系藕合作用，二者相互互为反馈。这种从系统工程角度出发研究车辆一轨道动力相互作用已成为轮轨相互作用研究的重要手段，是轮轨动力分析发展的必然趋势， 并逐渐为铁路轮轨相互作用的动力试验结果所证实。无碴轨道结构作为近几年发展起来的新型轨道结构， 对于它的设计和研究仍限于静力学分析和一些简化的动力学分析， 对于无碴轨道21和高速车辆的系统动力学研究还比较少。1.2.11.2.1 国外情况国外情况西德慕尼黑工业大学 J.EISenmann 教授

36、3在“轮轨相互作用”研究计划中， 对 Rheda 轨道进行了实验室研究和 Rheda 车站试验段测试试验，在实验室研究中，在实物试验台上进行了整个结构的静载及列车重复荷载作用下的性能试验;在营业线路上的测试，包括了钢轨及轨道板的变形和应力，在时速 252km 时的测试结果表明轮对的运行是稳定的。实验室研究及营业线上的测试结果表明， 在该计划中发展起来的轨道结构可以推荐今后使用， 考虑轨道养护的要求，在速度较高的线路上采用无碴轨道是实现经济性的一个重要因素。 萨拉热窝大学的 Vebric等， 应用边界元法对板式轨道在移动荷载作用下的动力学响应及振动在土中的传播规律进行了研究， 其计算机仿真数据较

37、好的模拟了现场测试数据，即使在模型轨道长度很短的情况下， 结果仍然比较理想8;美国哥伦比亚 LPA集团公司的 Mohalnmadi 等，应用边界元法和有限元法通过数值积分对铁路轨道的动力学响应进行了研究， 研究方法是通过施加谐振力和瞬时冲击力计算整个轨道系统振动频率的方法来开展， 研究了轨道系统在不同地基弹性系数下的响应引。德国 Rehfeld 等通过对变形预测和稳定性的分析指出了板式轨道的铺设条件，特别是地基条件.德国 Bhum 大学的 Hubert 等指出近几年随着 TGv 和 IeE 等高速列车的发展，已经使振动发展到地基及邻近的建筑物， 这就需要发展具有较好动力学性能的板式轨道并探索减

38、振的可能途径， 在时频响应模型中采用了边界元法以研究轨道的动22力学性能和减振郊果” ， 。德国 HasSlinger 等研究了不同轨道结构在列车荷载作用下的动力学响应，包括轨道扣件，轨枕，板式轨道和浮置板轨道，在模型中地基被视为具有一定弹性和阻尼的弹性体， 主要荷载工况包括速度以及轨道部件的动力学参数的变化仁” 。1.2.21.2.2 国内情况国内情况武汉科技大学 xie， weiping 等研究了轨道和路基界面在移动荷载作用下的动力响应，在它的模型中，钢轨被视为弯曲梁，路基被视为刚性基础上的层状半无限空间体， 计算了系统的主频和移动荷载作用下的轨道动力学响应仁1 。西南交通大学的翟婉明教授

39、发展了车辆一轨道祸合动力学模型，并应用它进行了一些分析，将板式轨道系统做成两层梁体系进行分析，主要分析了长钢轨的焊接凹接头、 竖错不平顺以及板式轨道 CA 砂浆层动力学参数的改变对整个系统的影响 6 。对于桥上板式轨道和长枕埋入式无碴轨道的路桥过渡段的动力特性亦进行了研究201。铁道部科学研究院范佳等对于无碴轨道减振技术进行了研究， 应用轮轨系统动力学模型对弹性短轨枕无碴轨道，轨下胶垫、块下胶垫的刚度合理取值进行了探讨 9 。铁道部科学研究院张格明博士对桥上板式轨道、 长枕埋入式无碴轨道、弹性短轨枕轨道进行了分析，还进行了落轴试验的模拟，在他的模型中侧重的是桥梁的振动，所他将无碴轨道于桥梁的振

40、动并在一起， 认为无碴轨道与桥梁的振动一致，仅将钢轨的振动分来考虑。1.31.3 本文的主要研究内容本文的主要研究内容1.3.11.3.1 建立板式轨道一高速列车祸合动力学模型建立板式轨道一高速列车祸合动力学模型23当列车以一定速度通过轨道时， 车辆和轨道都要在空间各个方向上产生振动，列车振动主要来源于轨道不平顺。 在车辆受到不平顺激扰后，产生包括垂向、横向、纵向等各个方向的振动，由于车辆和轨道两个系统振动是一种祸合关系， 这种祸合振动最终要通过结构传递形成输出，基于这种观点，目前对轨道结构动力响应的研究是以轮轨之间的激励为输入，以轮轨接触点为分界面，向上传递给车辆，向下施加于轨道，以研究轮轨

41、之间的相互作用力为纽带， 建立两个相互独立的物理系统一车辆系统和轨道系统的相互祸合作用关系来研究轨道结构的动力响应。本文对于轨道系统拟采用有限单元法建立模型， 其中轨道板采用能反映其几何特性与受力特征的弹性薄板单元，钢轨采用Euler 梁单元模型，钢轨采用弹性点支承;为了尽量缩短型长度，减少自由度个数，车辆采用半车模型，可以考虑一系、二系弹簧、阻尼对系统动力学的影响，车体、构架、轮对的质量、以及临轮影响在模型中均可以考虑:轮轨之间的作用采用 Hertz 非线性接触理论。1.3.21.3.2 板式轨道动力特性分析板式轨道动力特性分析针对板式轨道特有的不平顺形式一竖错不平顺、 无缝线路上存在的焊接

42、接头不平顺进行系统分析， 通过对系统动力学性能的分析， 期望对板式轨道短波不平顺限值提出合理化建议。 针对秦沈客运专线过渡段板式轨道支承方式及板式轨道一般支承方式进行分析， 看两种轨支承方式对同一不平顺形式的反映情况， 期望对两种轨道支承方式下轨道的动力学特性有定量认识，为进一步的参数研究提供理论依据。241.3.31.3.3 板式轨道参数研究板式轨道参数研究通过对板式轨道不同扣件刚度及 CA 砂浆厚度的动力学分析比较，找出影响板式轨道动力学特性的主要参数， 期望提出板式轨道的扣件刚度和 CA 砂浆厚度的合理取值范围， 为板式轨道的动力学优化提供依据。参考文献参考文献: :【1 1】童大埙】童

43、大埙. .铁路轨道铁路轨道. .中国铁道出版社中国铁道出版社.1988.1988，北京，北京【2 2】雷晓燕】雷晓燕. .轨道力学与工程新方法轨道力学与工程新方法. .中国铁道出版社中国铁道出版社.2002.2002，北京，北京【3 3】Kerr.Kerr.轨道力学及轨道工程轨道力学及轨道工程( (论文集论文集). ).中国铁道出版社中国铁道出版社.1983.1983，北京阵，北京阵 【4 4】熊卫东，高速铁路钢轨的平顺性】熊卫东，高速铁路钢轨的平顺性. .中国铁道科学中国铁道科学. .加加 00(3)00(3)【5 5】许玉德，钢轨焊接接头最危险应力确定】许玉德，钢轨焊接接头最危险应力确定. .同济大学学报同济大学学报.(2).(2)【6 6】王其昌】王其昌. .高速铁路土木工程高速铁路土木工程. .西南交通大学出版社西南交通大学出版社.1998.1998，北京，北京【7 7】范俊杰】范俊杰. .现代铁路轨道现代铁路轨道. .中国铁道出版社中国铁道出版社.2001.2001，北京，北京【8 8】杨宗放】杨宗放. .方先和方先和. .现代预应力混凝上施工现代预应力混凝上施工北京国建筑工业出版社北京国建筑工业出版社2526