轨道参数对无缝线路稳定性的影响分析
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摘要：采用无缝线路稳定性有限元分析软件，详细分析了轨道初始弯曲、轨道框架刚度和道床横向阻力等轨道参数对无缝线路稳定性的影响，并提出保持无缝线路稳定性的主要措施。
关键词：无缝线路; 稳定性; 道床横向阻力; 初始弯曲
无缝线路作为一种新型的轨道结构，其最突出的问题就是在温升较大时，钢轨内积存巨大的温度压力，有可能导致轨道失稳。因此需研究无缝线路稳定性的主要影响因素，分析各影响因素之间的相互关系，以便从设计、施工和养护各方面采取措施，对这些因素进行控制。
文中采用华东交通大学编制的《无缝线路有限元分析软件V1.0》（软著登字第091640号）[1，2]，详细分析了轨道初始弯曲、轨道框架刚度、道床横向阻力等轨道参数对无缝线路稳定性的影响，并提出保持无缝线路稳定性的主要措施。
1. 轨道初始弯曲对无缝线路稳定性的影响
1.1初始弯曲矢度
取160m长的轨道线路作为计算模型。混凝土轨枕为1840根/km。钢轨一端简化为固定约束，另一端为沿Y方向的定向支座。
初始弯曲是影响无缝线路稳定性最敏感直观的因素。对60kg/m钢轨，初始弯曲弦长L0 =6.248m，取R=600m、R=800m，不同初始弯曲矢度的曲线轨道进行稳定性分析。无初始弯曲、初始弯曲矢度 f=6mm、9mm、12mm时，钢轨横向位移―温度曲线，见图1。
由图1可知，随着初始弯曲矢度不断增大，轨道的稳定性不断降低。初始弯曲矢度f=6mm、9mm和f=12mm与无初始弯曲相比，钢轨临界升温量分别下降为原来的约81%、72%和66%。 可见加强对不平顺矢度的监控，对保证无缝线路稳定性具有重要作用。
1.2 初始弯曲弦长
对60kg/m钢轨，初始弯曲矢度f=6mm，取不同初始弯曲弦长L的曲线轨道进行稳定性分析。初始弯曲弦长L0 =4.00m 、6.248m、8.520m时，钢轨横向位移―温度曲线，当初始弯曲矢度f相同时，初始弯曲弦长越短，即初始弯曲曲率越大，无缝线路的稳定性越差。因此在线路铺设维修中，要防止线路死弯现象。
2. 轨道框架刚度对无缝线路稳定性的影响
2.1不同钢轨类型对无缝线路稳定性的影响
取R=600m、R=800m，不同钢轨类型，线路初始弯曲矢度 f=6mm，其余条件同1.1的曲线轨道进行稳定性分析。
随着钢轨重量的增加，无缝线路轨道的稳定性不是提高，反而越有降低。上述分析结果是在单纯改变钢轨类型的情况下得出的。钢轨侧向刚度是结构稳定的有利因素，而增大钢轨横截面积，即相当于增大了钢轨内部的温度压力，不利于结构的稳定性。故采用重型钢轨，其钢轨横截面积和侧向刚度同时增加，但其稳定性反有些降低。因此在实际线路上，当采用重型钢轨时，钢轨扣件、轨枕、道床等也要相应加强，才可能使得重型轨道结构的稳定性得到明显提高。
2.2 扣件扭转弹性系数
扣件阻矩抵抗钢轨与轨枕在水平面内发生转动。对线路初始弯曲矢度f0 =6mm，不同扣件扭转弹性系数，其余条件同1.1的曲线轨道进行稳定性分析。扣件扭转弹性系数 分别为1.0×106 、1.0×108 、1.010 ×10 N・cm /rad时钢轨横向位移―温度关系曲线。
3. 道床横向阻力对无缝线路稳定性的影响
对线路初始弯曲矢度f0 =6mm，不同的道床状态，其余条件同1.1的曲线轨道进行稳定性分析，得出，道床横向阻力与轨道的稳定性有密切关系。道床密实，道床横向阻力大，轨道的稳定性高。作业后道床回填捣固密实、破底清筛后道床较松散、逆向拔道后道床松散状态与作业前状态相比，钢轨临界升温量分别下降为原来的约62%、52%、46%。
4. 结论
由轨道参数对无缝线路稳定性的影响分析得出：道床横向阻力、线路初始弯曲对无缝线路稳定性的关键因素，轨道框架刚度的影响相对较小。为提高轨道结构的稳定性需采取如下措施：
a：提高道床的横向阻力
提高道床的密实状态、增加道床肩宽和肩部堆高，改善道碴材
(b)半径 =800m曲线轨道质、选择合适的道碴粒径和道碴级配，都可以提高道床的横向阻力。线路维修作业后，要加强对道碴的夯实，使道床阻力尽快恢复到作业前状态。
b：加强对线路弯曲状态的监控
铺设维修中要保持线路的顺直，线路弯曲要限定在规定的限值内，特别要防止线路死弯现象。在高温季节和温度变化反复的季节，更应加强对线路平顺状况的监控。对不顺直线路应兼顾道床阻力和轨道不平顺对无缝线路稳定性的影响，选择合适的时机进行线路拔正。
参考文献:
[1]雷晓燕．现代轨道理论研究（第二版） [M]．北京：中国铁道出版社，2008.
[2] 冯青松,宗德明,雷晓燕.无缝线路稳定性有限元模型[J]. 中国铁道科学, 2005, 26(1):7-13.
[3]广钟岩等．铁路无缝线路（修订版）[M]．北京：中国铁道出版社，1995.
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