高增增

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司線路站場樞紐設(shè)計處，天津300142)

CRTSⅡ型板式無砟軌道板下水泥乳化瀝青砂漿填充質(zhì)量對軌道結(jié)構(gòu)受力的影響

高增增

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司線路站場樞紐設(shè)計處，天津300142)

在CRTSⅡ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)中，水泥乳化瀝青砂漿調(diào)整層主要起填充、支撐、傳力以及提供適當(dāng)?shù)膭偠群蛷楉g性等作用，是CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)重要的組成部分。采用有限元法建立CRTSⅡ型板式無砟軌道計算模型，研究列車荷載作用下不同砂漿調(diào)整層空隙狀態(tài)對軌道結(jié)構(gòu)的受力影響，為施工期間的質(zhì)量驗收和運營期間的軌道養(yǎng)護(hù)維修提供指導(dǎo)。

CRTSⅡ型板式無砟軌道 有限元 梁板模型 水泥乳化瀝青砂漿

CRTSⅡ型板式無砟軌道主要由60 kg/m鋼軌、彈性扣件、預(yù)制軌道板、水泥乳化瀝青砂漿調(diào)整層及支承層(或底座)等部分組成(圖1)。

圖1 CRTSⅡ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)組成

水泥乳化瀝青砂漿作為軌道板和底座之間的調(diào)整層，主要起填充、支撐、承力、傳力以及提供適當(dāng)?shù)膭偠群蛷楉g性等作用，其性能直接影響到軌道結(jié)構(gòu)的平順性、列車運行的舒適性與安全性、軌道結(jié)構(gòu)耐久性和運營維護(hù)成本。水泥乳化瀝青砂漿調(diào)整層是CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)重要的組成部分。

CRTSⅡ型板式無砟軌道在灌注水泥乳化瀝青砂漿施工過程中(圖2)，由于氣溫、施工工藝、材料等原因，可能會導(dǎo)致水泥乳化瀝青砂漿調(diào)整層局部有氣泡，不飽滿，甚至導(dǎo)致空隙。

運營期間在列車長期荷載和在各種外界復(fù)雜自然環(huán)境作用下，導(dǎo)致水泥乳化瀝青砂漿調(diào)整層空隙位置處砂漿的傷損在縱橫向快速擴(kuò)展，尤其在高速行駛的動車組作用下，對傷損軌道的加速破壞作用將更加明顯和嚴(yán)重，若不及時修補，會影響列車運行的安全性和舒適性。

本文以路基地段CRTSⅡ型板式無砟軌道為例，建立有限元模型研究列車荷載作用下軌道結(jié)構(gòu)受力，定量分析水泥乳化瀝青砂漿調(diào)整層不飽滿對軌道結(jié)構(gòu)受力的影響。

圖2 待灌注水泥乳化瀝青砂漿的軌道板

1 結(jié)構(gòu)受力計算模型

為分析水泥乳化瀝青砂漿調(diào)整層局部空隙對軌道結(jié)構(gòu)的受力影響，假設(shè)承軌臺下方(圖3)存在0.15 m ×0.15 m，0.3 m×0.3 m，0.45 m×0.45 m和0.9 m× 0.9 m 4種不同的調(diào)整層空隙，分4種工況計算軌道結(jié)構(gòu)受力。

1.1 計算參數(shù)

路基地段CRTSⅡ型板式無砟軌道計算參數(shù)如表1。1.2計算模型

圖3 水泥乳化瀝青砂漿空隙示意

表1 CRTSⅡ型板式無砟軌道計算參數(shù)

本文利用ANSYS大型有限元軟件，建立梁板模型。鋼軌采用彈性點支承梁模擬;扣件用彈簧單元模擬;道床板與底座板厚度上的尺寸遠(yuǎn)小于長度和寬度上的尺寸，采用板殼單元模擬;采用彈簧單元模擬路基彈性，將其密布于混凝土底座板下。

列車荷載作用在水泥乳化瀝青砂漿空隙對應(yīng)的承臺處計算軌道結(jié)構(gòu)受力。為消除邊界效應(yīng)，計算模型中選取4塊單元道床板進(jìn)行計算，以中間2塊軌道板作為研究對象。

2 軌道結(jié)構(gòu)受力分析

列車荷載作用下部分軌道結(jié)構(gòu)受力如圖4、圖5和表2所示。

圖4 軌道板縱向彎矩

圖5 軌道板橫向彎矩

表2 列車荷載作用下不同砂漿調(diào)整層空隙大小對軌道結(jié)構(gòu)受力的影響

從表2可知:軌道板縱、橫向正彎矩隨瀝青砂漿調(diào)整層空隙變大而增大，當(dāng)砂漿調(diào)整層由飽滿狀態(tài)變化至空隙為0.9 m×0.9 m時，軌道板縱向正彎矩值增加了39%，橫向正彎矩增加了24%，軌道板縱、橫向正彎矩最大值出現(xiàn)在調(diào)整層空隙處;瀝青砂漿調(diào)整層壓應(yīng)力基本沒有變化，空隙處砂漿調(diào)整層不會出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中;支承層縱、橫向彎矩值基本沒有變化。

瀝青砂漿調(diào)整層孔隙加大，軌道板支承能力減弱，軌道板處于“空吊”狀態(tài)。列車荷載作用下軌道板變形加大，受到的彎矩值增大。軌道板局部變形增大，會增大軌道板底部與瀝青砂漿調(diào)整層之間的相對位移，從而導(dǎo)致砂漿調(diào)整層與軌道板間的離縫。長期列車荷載作用下，瀝青砂漿調(diào)整層不密實的區(qū)域會沿縱橫向擴(kuò)張，形成較大的空隙和較長的層間離縫。較大的空隙和層間離縫形成后，軌道板與砂漿調(diào)整層的連接會減弱，影響軌道板的縱橫向限位，所以必須采取措施對瀝青砂漿調(diào)整層空隙和層間離縫進(jìn)行修補。目前已經(jīng)有較為完善的修補材料和修補措施。

為減少砂漿調(diào)整層的空隙，首先在施工階段應(yīng)控制砂漿調(diào)整層的灌注質(zhì)量。施工前必須嚴(yán)格控制原材料的選擇和砂漿調(diào)整層的配合比設(shè)計，進(jìn)行大量的灌注工藝性試驗，熟練掌握乳化瀝青砂漿灌注工藝，積累經(jīng)驗完善作業(yè)指導(dǎo)書。施工過程中對支承層表面拉毛和高程嚴(yán)格控制，保證支承層(或底座)與砂漿調(diào)整層之間可靠的摩擦力。灌注水泥乳化瀝青砂漿后，應(yīng)采取隔熱或保溫措施控制軌道板的表面溫度，避免軌道板翹曲變形，延長扣壓和精調(diào)千斤頂裝置的拆除時間，從而有效防止水泥乳化瀝青砂漿與軌道結(jié)構(gòu)層間的早期離縫。

3 結(jié)論

1)水泥乳化瀝青砂漿調(diào)整層是CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)重要的組成部分，砂漿調(diào)整層較大的空隙會影響軌道結(jié)構(gòu)的受力。當(dāng)砂漿調(diào)整層由飽滿狀態(tài)變化至空隙為0.9 m×0.9 m時，軌道板縱向正彎矩值增加了39%，橫向正彎矩增加了24%，瀝青砂漿調(diào)整層和支承層受力基本沒有變化。

2)運營期間，在列車荷載作用下，瀝青砂漿調(diào)整層空隙在縱橫向擴(kuò)展使傷損更加明顯和嚴(yán)重，會影響列車運行的安全性和舒適性;需要對已傷損的砂漿調(diào)整層進(jìn)行及時修補。

3)施工階段嚴(yán)格控制砂漿調(diào)整層的灌注質(zhì)量，灌注施工應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、精細(xì)化，減少施工階段砂漿調(diào)整層的空隙和砂漿調(diào)整層與軌道結(jié)構(gòu)層的離縫。

［1］何華武.無碴軌道技術(shù)［M］.北京:中國鐵道出版社，2005.

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(責(zé)任審編孟慶伶)

U213.2+42

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.02.29

1003-1995(2015)02-0104-03

2014-05-19;

2014-09-26

高增增(1981—)，男，內(nèi)蒙古包頭人，工程師，碩士。