淮安有軌電車(chē)整體道床路基基床應(yīng)力及變形分析.pdf

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1、第3期（總第179期）No.3(SerialNo.179)2015年6月CHINAMUNICIPALENGINEERINGJun.2015DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2015.03.022淮安有軌電車(chē)整體道床路基基床應(yīng)力及變形分析秦曉光（上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院，上海200125）摘要：淮安有軌電車(chē)正線(xiàn)路基采用槽型軌整體道床結(jié)構(gòu)，根據(jù)電車(chē)荷載條件，通過(guò)3D實(shí)體有限元模型，對(duì)基床內(nèi)動(dòng)應(yīng)力的大小、分布形態(tài)及衰減規(guī)律進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)動(dòng)靜應(yīng)力比及路基面變形控制條件對(duì)基床厚度取值的合理性進(jìn)行論證。通過(guò)改變基床表層、基床底層模量的大小，對(duì)基床模量對(duì)路

2、基面變形、基床及地基的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行敏感性分析。關(guān)鍵詞:有軌電車(chē)；路基基床；有限元中圖分類(lèi)號(hào)：U213.241文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1004-4655（2015）03-0070-02淮安市現(xiàn)代有軌電車(chē)一期工程總長(zhǎng)度為軌道結(jié)構(gòu)輪載22.3km，全線(xiàn)均為地面線(xiàn)，正線(xiàn)采用鋼輪鋼軌基床整體道床體系。隨著國(guó)內(nèi)有軌電車(chē)的發(fā)展，一[1-2]些學(xué)者開(kāi)始對(duì)有軌電車(chē)路基的研究，對(duì)基床應(yīng)力及變形分析主要通過(guò)Odemark理論將基床填料換算成當(dāng)量厚度的均質(zhì)彈性體，采用Boussinesq彈性理論進(jìn)行計(jì)算。地基土本文以淮安現(xiàn)代有軌電車(chē)項(xiàng)目為背景，采用圖13D實(shí)體有限元模型示意圖3D實(shí)體模型，計(jì)

3、算在有軌電車(chē)動(dòng)荷載作用下基床及地基內(nèi)動(dòng)應(yīng)力的大小、分布形態(tài)及衰減規(guī)律?；?電車(chē)荷載作用下基床及地基內(nèi)動(dòng)應(yīng)力分布及路床表層、基床底層模量不同對(duì)基床應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行敏基面變形感性分析，提出適用于淮安有軌電車(chē)整體道床的路以淮安市現(xiàn)代有軌電車(chē)工程為例進(jìn)行分析，電基基床厚度，為工程服務(wù)。車(chē)軸重12.5t、軸距1.8m，沖擊系數(shù)取1.2。各結(jié)1基床厚度的確定方法及有限元模型的建立構(gòu)層參數(shù)按材料取值。圖2顯示軌道下方位置路基實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)動(dòng)靜應(yīng)力比＜0.2時(shí)，土產(chǎn)生的面動(dòng)應(yīng)力峰值約為20kPa，轉(zhuǎn)向架區(qū)域最大，沿軌累積塑性變形很快達(dá)到穩(wěn)定，因此路基基床厚度按道方向向兩側(cè)逐漸減小，縱向影響

4、寬度約為7~8m。列車(chē)產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力與路基自重應(yīng)力之比確定為0.2。[3]同時(shí)整體道床路基面變形應(yīng)＜3.5mm。根據(jù)上述要求，建立3D實(shí)體模型（見(jiàn)圖1），軌道板、支承層、基床、地基土均采用實(shí)體單元模擬，鋼軌采用梁?jiǎn)卧?；扣件采用線(xiàn)性點(diǎn)支承彈簧模擬。模型參數(shù)根據(jù)材料屬性取值。收稿日期：2015-03-19圖2軌下路基面動(dòng)應(yīng)力沿軌道縱向分布圖作者簡(jiǎn)介：秦曉光（1986—），男，工程師，碩士，主要從事路基工程及地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。圖3為在轉(zhuǎn)向架中線(xiàn)垂直軌道橫向位置基床表70秦曉光：淮安有軌電車(chē)整體道床路基基床應(yīng)力及變形分析2015年第3期層、底層及地基面動(dòng)應(yīng)力分布圖。豎向動(dòng)應(yīng)力在

5、基3.1基床表層模量對(duì)應(yīng)力分布及路基面變形的影響床表層及底層頂面橫向呈現(xiàn)馬鞍形分布，兩端大中基床表層模量分別取2.0、1.5、1.3、1.0、0.8、間小，與剛性基礎(chǔ)基底應(yīng)力分布類(lèi)似。基床表層頂0.5及0.2GPa，對(duì)路基面位移和基床及地基內(nèi)動(dòng)應(yīng)面在軌道下方出現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)。根據(jù)圣維南原理，力的衰減計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。隨著距離軌道板的深度越大，應(yīng)力分布變得平均，與計(jì)算結(jié)果一致。a）動(dòng)應(yīng)力b）路基面變形圖5基床表層模量對(duì)路基面、地基面應(yīng)力及路基面變形的影響圖結(jié)果顯示，隨著基床表層模量的增大，路基面圖3轉(zhuǎn)向架中心斷面橫向應(yīng)力分布圖動(dòng)應(yīng)力逐漸增大，地基面動(dòng)應(yīng)力逐

6、漸減小，路基面圖4為軌道下電車(chē)輪載產(chǎn)生的豎向應(yīng)力在路基變形逐漸減小。及地基內(nèi)的衰減圖。在剛度較大的基床范圍內(nèi)動(dòng)應(yīng)3.2基床底層模量對(duì)應(yīng)力分布及路基面變形的影響力衰減較快，當(dāng)應(yīng)力衰減至1.2m左右時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)?；驳讓幽Ａ糠謩e取1.0、0.7、0.5、0.2、0.1地基頂面動(dòng)應(yīng)力約為7.9kPa，此時(shí)自重應(yīng)力約為及0.05GPa，對(duì)路基面位移和基床及地基內(nèi)動(dòng)應(yīng)力42kPa，動(dòng)應(yīng)力約為自重應(yīng)力的19%。滿(mǎn)足動(dòng)靜應(yīng)的衰減計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖6。力比0.2的要求。a）動(dòng)應(yīng)力b）路基面變形圖6基床底層模量對(duì)路基面、地基面應(yīng)力及路基面變形的影響結(jié)果顯示，隨著基床底層模量的

7、增大，路基面動(dòng)應(yīng)力逐漸增大，地基面動(dòng)應(yīng)力逐漸減小，路基面變形逐漸減小。4結(jié)語(yǔ)圖4軌下位置動(dòng)應(yīng)力衰減圖1）電車(chē)路基面動(dòng)應(yīng)力橫向呈馬鞍形分布，在該模型路基面最大位移為0.95mm，滿(mǎn)足路基軌道下方出現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)，隨著深度的增加應(yīng)力分面變形＜3.5mm的要求,基床厚度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。布變得平均，沿軌道縱向動(dòng)應(yīng)力影響范圍為7~8m。3基床填料模量對(duì)動(dòng)應(yīng)力及路基面變形的影響路基面應(yīng)力集中區(qū)應(yīng)力幅值在20~25kPa。動(dòng)應(yīng)力實(shí)際工程中基床填料選擇類(lèi)別不同，其模量存在基床范圍內(nèi)衰減相對(duì)較快，基床以下衰減相對(duì)較在差異。本節(jié)通過(guò)調(diào)整基床模量，對(duì)列車(chē)荷載作用慢，衰減至地基