鋼軌嵌入式軌道結(jié)構(gòu)及其設(shè)計優(yōu)化

1、鋼軌嵌入式軌道構(gòu)造及其設(shè)計優(yōu)化摘要在對現(xiàn)有軌道構(gòu)造類型進展分析的根底上,闡述了嵌入式軌道構(gòu)造的設(shè)計理念,對其設(shè)計優(yōu)化進展了初步研究,并分析了減振降噪的原理,提出了合理的下部根底形式。關(guān)鍵詞軌道構(gòu)造,整體道床軌道,嵌入式軌道軌道構(gòu)造按其軌下根底型式可分為有碴軌道和無碴軌道。有碴軌道作為傳統(tǒng)的軌道構(gòu)造,其主要的缺點是養(yǎng)護維修費用較高。與有碴軌道相比,無碴軌道具有少維修、構(gòu)造整體性和穩(wěn)定性好的優(yōu)點,因此很適用于城市軌道交通。且已成為城市軌道交通中軌道構(gòu)造的主要型式。然而,由于無碴軌道下部根底采用混凝土構(gòu)造,與有碴軌道相比擬,會產(chǎn)生更大的振動和噪聲。因此,有必要開展新型的無碴軌道或?qū)ΜF(xiàn)有軌道構(gòu)造進展改

2、善,即開展低噪聲少養(yǎng)護的軌道構(gòu)造。嵌入式鋼軌技術(shù)的開展和應用,代表著軌道構(gòu)造設(shè)計的宏大進步。1嵌入式軌道構(gòu)造傳統(tǒng)的軌道構(gòu)造,其鋼軌和軌枕(或整體道床)是通過扣件連接的,鋼軌的支撐和固定都是離散的,鋼軌完全暴露在空氣中。嵌入式軌道構(gòu)造那么采用連續(xù)的固定和支撐方式,其根本做法是:用一種叫rklast的彈性體將鋼軌固定在鋼筋混凝土板整體道床的凹槽內(nèi),整個鋼軌幾乎完全埋置在彈性體中,除了必要的信號電纜和牽引供電電纜外,在鋼軌和混凝土之間以及兩條鋼軌之間沒有任何的機械聯(lián)結(jié)(圖1)。嵌入式軌道構(gòu)造具有以下優(yōu)于傳統(tǒng)非連續(xù)支承軌道構(gòu)造的優(yōu)點:減小了軌道構(gòu)造的厚度,厚度只有200;不僅在設(shè)計上有很大的自由度,而

3、且由于鋼軌是連續(xù)支撐的,減少了鋼軌疲勞的發(fā)生;不需要軌距拉桿、混凝土軌枕和鋼軌聯(lián)結(jié)部件;由于周圍的線路路基可以和鋼軌面齊平,對平交道口和庫內(nèi)工作很理想;具有良好的減振降噪性能和少養(yǎng)護維修的特點。圖1嵌入式軌道構(gòu)造橫斷面圖嵌入式軌道構(gòu)造的減振降噪原理主要表達在以下3個方面:鋼軌完全由槽內(nèi)彈性體和軌下彈性條連續(xù)固定和支承,優(yōu)化了整個軌道構(gòu)造在程度和豎向的剛度;其垂向彈性由軌下彈性條和槽內(nèi)彈性體共同提供,很大程度上模擬了傳統(tǒng)有碴軌道構(gòu)造的受荷響應。傳統(tǒng)軌道構(gòu)造采用離散的鋼軌支承方式,在列車的反復荷載作用下,導致鋼軌產(chǎn)生不平順性,增加了軌道構(gòu)造的振動響應;而嵌入式軌道構(gòu)造采用連續(xù)的彈性支承,大大降低了

4、鋼軌的不平順性,從而減少了軌道構(gòu)造的振動。由于鋼軌幾乎完全埋置在彈性體內(nèi),減少了噪聲源,也減少了噪聲的反射面積,起到了降噪的作用。荷蘭的實驗研究說明,同樣采用ui54鋼軌,嵌入式軌道構(gòu)造的噪聲只比傳統(tǒng)的有碴軌道構(gòu)造高2db(a),其減振效果在10db(a)左右。2嵌入式軌道構(gòu)造的設(shè)計優(yōu)化對嵌入式軌道構(gòu)造的進一步開展就是優(yōu)化其減振降噪性能,降低其造價。由于嵌入式軌道構(gòu)造比擬簡單,沒有扣件等連接零件,因此,其優(yōu)化的著眼點應該是鋼軌本身和彈性體。為了降低列車通過時軌道構(gòu)造引起的振動和噪聲,荷蘭在開發(fā)板式軌道時,研制了軌頭形狀與ui54相似的sa42型矮軌,并采用嵌入式軌道構(gòu)造技術(shù)(圖2)。這種新型低

5、噪聲嵌入式輕型鋼軌,每米僅重42kg,高8,其相應的凹槽體積要小的多,從而可以節(jié)約多達60%的彈性體,減少了軌道構(gòu)造的高度,降低了工程造價。由于這種鋼軌矮胖,車輛通過時引起鋼軌腹板的振動頻率較低,進步了軌道構(gòu)造減振降噪效果,與采用ui54鋼軌的有碴軌道構(gòu)造比擬,可以減少噪聲約57db(a)。圖2新型低噪音嵌入式鋼軌3嵌入式軌道構(gòu)造的下部根底嵌入式鋼軌的調(diào)整定位是一項復雜精細的工作,而且鋼軌定位以后就不能做橫向和豎向調(diào)整。因此,對其下部根底提出了嚴格的要求。一般來說,有以下兩種類型的下部根底合適于嵌入式軌道構(gòu)造:混凝土板式道床,這是最典型的嵌入式軌道構(gòu)造,道床采用預應力加強混凝土板,沿線路的縱向

6、和橫向分別施加了比例高達1.5%的預應力。這種類型的軌道構(gòu)造在荷蘭的鐵路干線和輕軌線路上,尤其在橋梁和平交線路上,都有很大程度的使用,其構(gòu)造如圖3所示。采用箱型梁作為下部基矗在這種軌道構(gòu)造中,箱型梁直接放在土路基上,路基的溝槽形狀和梁體相吻合;整個梁的重量不大于挖出的土體的重量,這樣梁下的土體不會發(fā)生大的沉降和變形(圖4)。箱梁具有和橋梁相當?shù)膿锨鷦偠?可以保證軌道構(gòu)造正確的幾何形位,因此非常合適于嵌入式軌道構(gòu)造。圖3采用板式軌道構(gòu)造圖4采用箱型梁軌道構(gòu)造4結(jié)語伴隨著城市軌道交通的大規(guī)模開展,軌道交通沿線噪聲和振動問題越來越引起人們的重視。嵌入式軌道構(gòu)造作為一種新型的減振降噪型軌道構(gòu)造,在荷蘭

7、至德國的運輸干線上已經(jīng)有17年的運營經(jīng)歷,另外在歐洲很多地方的車站和橋梁上也得到了廣泛的應用。由于嵌入式軌道構(gòu)造采用連續(xù)的彈性支承,鋼軌內(nèi)部的疲勞應力很小,減少了鋼軌的磨耗,改善了車輛的運行性能,并一定程度上進步了列車運行的舒適度,軌道構(gòu)造非常平安。在使用壽命方面,嵌入式軌道構(gòu)造比傳統(tǒng)的有碴軌道構(gòu)造長50%。荷蘭的研究說明,嵌入式軌道構(gòu)造不僅少振動低噪聲,而且其養(yǎng)護維修費用很低,總體造價比擬經(jīng)濟,符合將來軌道構(gòu)造的開展要求。但是由于其施工工藝復雜,而且我國還沒有消費這種彈性體的廠家,因此,目前我國還不宜大規(guī)模鋪設(shè)。目前宜先進展室內(nèi)實驗研究,并在一些對噪聲和振動比擬敏感的地段,考慮鋪設(shè)嵌入式軌道構(gòu)造,以開展相應的試驗工作。參考文獻1jeltebs.lnisetrak.railinternatinal,1999,(1):17222jeltebs,herkestuit,dektrak.railinteratinal,2000,(1):30373valeriarkine,aydean,stashajvanvi,enraadesveld.dellingandptiizatinfanebeddedrailst