結構整體性能
作為最主要的無碴軌道結構型式之一,板式軌道在日本新幹線套用廣泛。經過30餘年的經驗積累,日本新幹線板式軌道在設計、施工及養護維修等方面日趨成熟。自20世紀至今,累計鋪設里程已達2700多千米。國內對板式無碴軌道的研究是隨著對高速鐵路的研究不斷深入進行的,已在秦沈線狗河特大橋(741)、雙何特大橋(740),贛龍線楓樹排隧道(719),遂渝線,並在京滬高鐵上實現大規模鋪設。
按照無碴軌道宜集中鋪設的原則,本線在長度大於6km的隧道及相鄰兩鋪設無碴軌道的隧道間小於500m的橋樑和路基鋪設板式無碴軌道。鋪設範圍包括“三隧兩橋”(依次為石板山隧道、黑水坪大橋、南梁隧道、孤山大橋、太行山隧道)以及其間的路基,總計鋪軌95.045km。其中太行山隧道全長27.839,居亞洲在建鐵路山嶺隧道之首。
荷載作用位置
根據試算,荷載作用於板中和板端兩個位置時軌道結構受力為最不利情況,因此選取這2種工況進行研究。由表2可知,荷載作用於板中時,軌道板縱向正彎矩、底座縱橫向負彎矩較大;荷載作用於板端時,軌道板縱向負彎
矩、軌道板橫向正負彎矩、CA砂漿最大反力以及底座橫向縱橫向正彎矩較大。設計中,應該綜合考慮這兩種荷載作用工況下的最大值。
扣件剛度
扣件剛度分別採用20KN/mm、40KN/mm、60KN/mm、80KN/mm進行分析。軌道板和底座的彎矩以及CA砂漿最大反力都隨著扣件剛度的增大而增大,但是當扣件剛度大於40KN/mm時,隨著扣件剛度增大,軌道板和底座的彎矩變化趨緩,底座的橫向負彎矩當扣件剛度大於60KN/mm時反而有所減小。
軌道板寬度
軌道板寬度分別採用2.0m、2.2m、2.4m、2.6m、2.8m進行分析。
隨著軌道板寬度的增大,軌道板縱向彎矩逐漸減小;軌道板橫向正彎矩當軌道板寬度小於2.4m時隨軌道板寬度的增大而增大,當軌道板寬度大於2.4m時隨軌道板寬度的增大而減小;軌道板橫向負彎矩當軌道板寬度 小於2.2m時隨軌道板寬度的增大而減小,當軌道板寬度大於2.2m時隨軌道板寬度的增大而增大;CA砂漿反力當軌道板寬度小於2.4m時隨軌道板寬度的增大而減小,當軌道板寬度大於2.4m時變化不明顯;隨著軌道板寬度的增大,底座縱橫向正彎矩均逐漸減小,縱橫向負彎矩變化不明顯。
軌道板寬度為2.0m時,各別力學指標明顯偏大,說明軌道板不宜太窄,同時可以看到軌道板寬2.2~2.4m是力學指標變化的一個轉折點,因此結合力學計算及結構設計,從技術經濟角度綜合分析,軌道板寬度取2.2~2.4m是合適的。
地基彈性係數
地基彈性係數採用K30,分別按50MPa/m、190MPa/m,500MPa/m,1000MPa/m進行分析。
從表6可知,隨著地基彈性係數增大,除軌道板橫向負彎矩增大外軌道板其它彎矩減小,CA砂漿反力變化不明顯,底座彎矩減小。由此可知,隧道、橋樑地段由於基礎剛度較土質路基大,對軌道結構整體而言受力是有利
的。
列車豎向荷載作用下板式軌道最不利彎矩計算
基本參數取值,同時考慮荷載作用位置以及CA砂漿彈性模量的離散性對計算結果的影響,計算列車豎向荷載作用下板式軌道的最不利彎矩。
在板式軌道力學計算中,荷載作用位置、扣件剛度、軌道板寬度、CA砂漿彈性模量以及地基彈性係數等基本參數的取值是影響計算結果正確與否的主要因素,只有基本參數合理才能保證計算結果的準確,為結構設計提供依據。
計算列車豎向荷載作用下軌道板和底座的最不利彎矩時,荷載作用位置應分別考慮位於板中及板端兩種工況;CA砂漿彈性模量應考慮離散性,按100MPa和300MPa分別計算。
路基地段地基彈性係數採用K30時取190MPa/m是最不利情況,計算結果較隧道和橋樑地段偏大。
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在中國的發展
中國的無碴軌道主要從在02年主要是中國國內技術,參照國外的成熟的設計經驗,以秦沈線為契機,設計了2種類型的無碴軌道,主要是日本的板式軌道,是我們院參與設計,還有鐵科設計的長枕式無碴軌道。當然在這之前,無碴軌道技術在秦嶺隧道等都已有套用。
無碴軌道設計主要有幾下的幾個難點,一個軌道部件的設計,另一個道床設計。03年後就有了一個客運專線的想法,希望有一個跨越式發展,從原來的120km/h提高了200~250km/h。對於軌道部件的強度、穩定性及調整性都有了較高的要求。
對於無碴軌道技術,鐵道部最初的想法是全部引進國外的技術。主要是日本和德國的技術。德國的主要的雙塊式(redar200)和博格板,日本主要是板式軌道。引進國外技術同時,對於部分的技術也應引進,因此國外的單位負責培訓。鐵道部已經組織了多次軌道工程技術的培訓。
客運專線對於軌道部件的最大的特點是要求高平順,因此對於軌道部件要求,精細製造和設計。軌道主要有3個主要部件,軌枕、扣件和道岔技術。
客運專線還有一個特別之處就是軌道電路。由於信號制式要求,要求軌道採用必要的絕緣措施,因此要求部件和道床設計應具有高絕緣性。
路基上無碴軌道部件設計主要解決路基沉降的問題,因此往往在客運專線中,多用以橋代路的方式,反而節約投資。目前的博格板和雙塊式具有較好的整體性,在德國有多年的套用經驗,是一個成功的事例。
由於時間匆忙就簡單的說這些,對於無碴軌道設計及研究問題,大家可以互相探討。
無論是對於有軌電車、捷運,還是地面通勤列車線路:無碴軌道系統都可以無縫地融入交通流和城市景觀。鋪設瀝青或其它鋪路材料的該系統也可與公共汽車、機動車線路並行。綠色軌道提供了一種富有吸引力的備選方案:通過創造更多的綠地來美化城市景觀。出色的乘行舒適度、最大的安全性、較低的維護保養級別使無碴軌道系統其更為卓越。無碴軌道系統在城市交通最佳化和基礎設施改造等套用方面發揮著重要作用。城市的未來已經開始!
快速、靈活、便利、高性價比:有軌電車和城市-市郊通勤鐵路系統在當今非常具有吸引力。因此該類服務變得越來越受歡迎也不足為奇。城市快速軌道交通的優勢日顯突出,但是,這需要我們不斷地開發創新性的解決方案以及能提高成本效益、安全性且環保的新技術睿鐵公司積極致力於提高城市軌道交通的吸引力。通過使用RHEDACITY無碴軌道系統,可以大幅度提高您所在城市的流動性和靈活性。
數百萬人每天乘坐MRT往返出行。有效的城市交通系統是任何一座城市的心臟。在這一體現現代化城市生活的前沿領域,除了功能性和工程設計之外,美學觀點也逐漸得到重視。綠色軌道可以美化整個城市景觀。同時,綠色軌道還有利於城市的生態環境平衡,因為它們能夠改善空氣品質、土壤和地下水條件。“綠色軌道”具有加高的綠色植被路面以及現代化軌道上通用的先進彈性軌道支撐,因此能夠大大降低城市中的空氣傳播噪音和結構噪音。它即有利於人類,也有利於環境。
這種軌道系統的一個主要優點就是在無形中見完美。這些無碴軌道系統幾乎無需維修,但卻能提供出色的乘坐舒 適度,支持重載運輸並確保最大的安全性。RHEDACITY的功能在設計原則上與RHEDA系列的其他系統相同。但是,RHEDACITY卻是專為城市快速軌道交通而設計的,尤其適用於有軌電車及地面通勤列車線路。RHEDACITY的特點是施工技術簡單:改進的帶有鋼筋桁梁的雙塊式軌枕,以方便安裝,同時保證了精確的軌距。通過其軌道支撐層的整體式結構以及較低的安裝結構高度,RHEDACITY具有額外的優勢。但施工優勢並未將RHEDACITY與普通軌道單獨區分開:它可以將道岔整合進同一技術。
RHEDACITY可以根據需要鋪上瀝青、混凝土或路石。對於那些偏愛在綠色道路上旅行的人士而言,RHEDACITYGREEN是一種極具吸引力的備選方案。
RHEDACITYGREEN
RHEDACITYGREEN的優點:
1、簡單、透明的系統結構
2、完美的軌道定位
3、與街道建築相融
4、交叉軌枕的使用確保了軌矩和軌道的幾何精確度
5、軌道盤採用摩擦鎖定式固定裝置
6、由於熱量可以充分進入軌道跨距,因此可以消除軌道構架的澆注不足現象。
7、採用最佳化的軌道系統,設計具有出色的粘合質量,可進行整體式施工
8、使用預組裝部件確保軌道的彈性
9、軌道的彈性支撐或持續支撐
10、去除軌距連線桿、安全性極高、使用壽命長
11、符合電絕緣要求
12、具有“邊建設邊投入使用”的能力
RHEDACITYGREEN—極具吸引力的備選方案
RHEDACITYGREEN是種植草皮型的RHEDACITY,經過多年在城市快速交通中的套用已充分驗證了其有效性。對於RHEDACITYGREEN型軌道而言,經過改良的帶有鋼筋桁梁的雙塊式軌枕被澆鑄在一塊緊實的混凝土板中。用草皮或景天科植物復蓋,以造成賞心悅目的視覺效果。這種軌道的功能性和安全性都很出色,軌道定位極佳、性價比高且無需維修。最初是在柏林和KARLSRUHE市的項目中使用,現在正計畫或目前準備投入使用。
在生態保護方面的益處
與其他型號軌道相比,這種軌道與植物的組合套用,可以產生出色的視覺效果。軌道表面的植物可降低噪音分貝,使維護費用最小化。軌道上的草皮本身就能消除噪音。在防振和結構噪音傳播方面有嚴格規定的城市中,使用“綠色軌道”不失為一種成本效益極佳的方式。