路基上板式无砟轨道设计及计算设计

路基上板式无砟轨道设计及计算设计摘要研究目的：轨道是直接承受列车荷载作用并引导列车运行的重要部分，因此轨道需要有足够的强度和稳定性。

随着高速铁路的发展，有砟轨道因自身的缺点而无法适应，因此需要设计合理的无砟轨道结构来满足高速铁路对于高速度的要求。

研究方法：采用有限元理论，建立板式无砟轨道的梁—板—板模型，应用大型有限元分析软件MIDAS对模型进行求解，并对轨道板和底座进行配筋设计和校核。

研究结果：总结了荷载作用位置、扣件刚度、轨道板宽度、CA砂浆弹性模量、地基弹性系数等主要参数对轨道板、CA砂浆和底座的受力影响规律，求得列车竖向荷载作用下轨道板和底座的最不利弯矩。

研究结论：轨下垫层刚度在50～80kN/mm范围内为宜，C A砂浆弹性模量对钢轨与轨道板及底座板的位移影响不是很明显，地基弹性系数宜采用190MPa/m，通过建立路基上板式无柞轨道梁一板有限元模型计算得到的弯矩值，根据容许应力法并结合上述弯矩值对无柞轨道混凝土底座进行配筋计算。

计算结果表明，路基上板式无砟轨道混凝土底座的配筋主要由最小裂缝宽度决定。

关键词：板式无砟轨道；有限元；梁板模型；配筋AbstractThe track is the important part which bears load directly and guide the train running, so the track should have enough strength and stability. Whit he development of high-speed railway, ballasted track cannot adapt to the development because of its own disadvantages. It is necessary to design reasonable ballast-less track structure to meet the high speed requirement of high-speed railway.Research method: Use the Finite Element Analysis to establish beam-slab-slab model of slab ballastless track ,and solve the model with the help of large scale application software-MIDAS, do the work of track slab and base reinforcement design and verification.Research method: Use the Finite Element Analysis to establish beam-slab-slab model of slab ballastless track ,and solve the model with the help of large scale application software-MIDAS, do the work of track slab and base reinforcement design and verification.Research results: Sum up the force influence of the loading position, fastener stiffness, the width of track slab, CA mortar elastic modulus, foundation elastic coefficient and other major parameters，and seek the most unfavorable moment of track plate and base plate under vertical loads.Keywords：Slab ballastless track, Finite element, Beam-slab model, Reinforcement目录1 绪论 01.1 无砟轨道概述 01.2 无砟轨道主要技术特点 01.3 世界各国无砟轨道发展情况 (3)1.4 国内无砟轨道结构研究与工程实践 (4)1.5 板式无砟轨道的结构与类型 (7)2 我国的板式无砟轨道 (15)2.1 我国客运专线主要无砟轨道结构型式介绍 (15)2.1.1 CRTSⅠ型板式无砟轨道 (15)2.1.2 CRTSⅡ型板式无砟轨道 (17)2.1.3 CRTSⅢ型板式无砟轨道 (19)2.1.4 CRTSⅠ型双块式无砟轨道 (20)2.1.5 CRTSⅡ型双块式无砟轨道 (21)2.1.6 岔区轨枕埋入式无砟轨道与岔区板式无砟轨道 (22)2.2 板式轨道的技术要求 (22)2.3 板式无砟轨道设计 (24)2.4 板式无砟轨道结构设计原理 (26)2.4.1 弹性地基梁理论 (26)3.3.2 弹性地基叠合梁理论 (27)3.3.3梁－板－板弹性支承弯曲理论 (28)3.3.4 梁－板－体弹性支承弯曲理论 (29)3 板式无砟轨道的设计和计算 (29)3.1 MIDAS介绍 (29)3.2 模型的选择 (30)3.3 模型的建立 (30)3.4 计算参数 (30)3.5 无砟轨道梁板模型的荷载工况 (31)3.6 MIDAS运行结果及分析 (32)4 板式无砟轨道的底座和轨道板的配筋 (41)4.1 设计原则及规范 (41)4.1.1计算原则 (41)4.1.2设计规范 (41)4.1.3计算方法 (45)4.2 轨道板的配筋及验算 (45)4.2.1轨道板纵向配筋 (45)4.2.2轨道板横向配筋 (48)4.3 混凝土底板配筋及验算 (49)4.3.1混凝土底座纵向配筋 (49)4.3.2混凝土底座横向配筋 (51)结论 (54)致谢 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。

参考文献 . (55)1 绪论1.1 无砟轨道概述轨道是铁路线路设备的基础和重要组成部分，它直接承受着列车荷载的作用并引导列车的运行。

列车作用于轨道上的力有垂直压力、横向水平力、纵向水平力，以及因温度变化所产生的温度附加力等。

因此，要求轨道结构有足够的强度和稳定性，各组成部分的结构要合理，尺寸及材质要相互配合、等强配套、弹性连续，以保证列车按规定的速度，安全、平稳和不间断地运行。

随着列车速度的提高，对轨道结构的技术要求越来越高。

1964年建成通车的日本东海道新干线，开创了铁路高速行车的实用化历史。

此后，高速铁路技术不断发展和创新。

目前，日本、法国、德国等发达国家的高速列车最高时速已达300公里/小时以上。

要确保列车在高速行车条件下，安全、平稳地不间断运行，发展新型轨道建筑和维修技术，已成为高速铁路技术研究的重点之一。

传统有砟轨道结构自诞生之日起，就显现出稳定性差的缺点，其原因在于碎石道床在列车荷载长期作用下，产生变形及道砟的磨损和粉化。

由于钢轨支承点的非连续，道床变形沿线路纵向呈现非均匀性特点，对保持良好的轨道几何状态和均衡质量十分不利。

一般情况下，道床维修工作量占线路维修工作量的70%以上，而高速铁路相对于普通既有线路，维修费用要增加2倍，道砟使用周期减少一半。

目前，高速铁路的发展趋势是运营速度≥300km/h，其对轨道结构的平顺性和稳定性要求更高。

日本于20世纪70年代率先开发和使用板式无砟轨道技术，至今，铺设的板式轨道已占日本先干线的60%以上。

与有砟轨道相比，板式轨道具有更好的整体性、稳定性和耐久性，虽然技术较复杂，一次性投资大于有砟轨道，但其使用寿命周期长，通常使用周期为30年，轨道板在使用周期内基本上免维修，运营过程中维修的工作量可坚守70%以上，能够有效缓解高速铁路运营与维修的矛盾，总的成本并不比有砟轨道高，为高速度、高密度的铁路运输提供了有利条件。

1.2 无砟轨道主要技术特点无砟轨道是一种少维护的轨道结构，它利用成型的组合材料代替道砟，将轮轨力分布并传递到路基基础上。

无砟轨道的优点：●良好的结构连续性和平顺性有砟轨道采用均一性比较差的天然道砟材料，在列车荷载作用下其道床肩宽、砟肩堆高、道床边坡、轨枕间距及轨枕在道床中的支承状态相对易于变化，并导致轨道几何变形。

无砟轨道的下部基础、底座、道床板均为现场工业化浇注，双块式轨枕、轨道板、微孔橡胶垫层、轨下胶垫、扣件、钢轨等均为工厂预制件或标准产品，可以保证其性能有较好的均一性。

由此组成的轨道整体结构与有砟轨道相比具有更好的结构连续性和弹性均匀性，为提高轨道的平顺性，改善乘车质量提供了有利条件。

●良好的结构恒定性和稳定性无砟轨道结构中，作为无缝线路稳定性计算参数的轨道横向阻力、轨道纵向阻力不再依赖于材质和状态多变的有砟道床，其整体式轨下基础可为无缝线路提供更高和更恒定的轨道纵、横向阻力，具有更好的耐久性和更长的使用寿命。

●良好的结构耐久性和少维修性能无砟轨道维修工作量大大减少，被称为“省维修”轨道，为延长线路的维修周期以及客运专线列车的高密度、准点正常运行提供重要保证。

客运专线的行车速度高、密度大，所有线路地面检查、维修作业都必须在“天窗”时间内进行。

我国客运专线由于跨线列车多，自身的行车密度又大，不可能完全像国外高速铁路那样白天行车、夜间轨道维修作业。

要在白天、夜间均行车的条件下，安排“天窗”作业就更加困难。

减少线路维修工作量是保证客运专线列车准点正常运行的前提条件。

无砟轨道采用整体式轨下基础。

与采用散粒体结构的有砟道床基础相比，在列车荷载作用下不会产生道砟颗粒磨耗、粉化、相对错位所引起的道床结构变形；在列车荷载反复作用下不会产生变形积累，使轨道几何尺寸的变化基本控制在轨下胶垫、扣件及钢轨的松动和磨损等因素之内，从而大大降低轨道几何状态变化的速率，较少养护维修工作量，延长维修周期和轨道使用寿命。

●工务养护、维修设施减少由于维修工作量减少，可以延长每个综合维修中心和维修工区的管辖范围，从而减少上述维修部门的数量。

同时也可相应减少每个部门配置的维修机械、停车股道数量和房屋等设施。

●免除高速条件下有砟轨道的道砟飞溅我国秦沈客运专线在线路开通之前进行的行车试验表明：行车速度达到250km•h-1时，道心道砟出现飞砟现象，造成车辆转向架部分的车轴、制动缸等被道砟打击的现象。