1、過渡段剛度變化對(duì)枕上壓力的影響1 計(jì)算模型和參數(shù)軌道模型為連續(xù)彈性點(diǎn)支承梁模型， 其中鋼軌的受力和變形用鐵木辛柯梁模擬，軌下基礎(chǔ)支承用線性彈簧模擬， 過渡段的鋼軌變化通過設(shè)置不同的彈簧剛度實(shí)現(xiàn)，采用有限單元法求解，并通過 ansys實(shí)現(xiàn)，圖 1 為計(jì)算模型在 ansys中的顯示。鋼軌為 60kg/m 標(biāo)準(zhǔn)鋼軌，彈性模量為2.061011 Pa，泊松比為 0.3。假定線路運(yùn)營(yíng)條件為開行 25t 軸重的貨物列車，速度為 120km/h，考慮 1.5 倍的動(dòng)載系數(shù)，則作用在軌頭的動(dòng)輪載為 187.5kN。圖 1計(jì)算模型為了比較過渡段剛度變化對(duì)枕上壓力的影響， 假定過渡段兩側(cè)鋼軌的支座剛度分別為 30

2、kN/mm 和 40kN/mm ，分析表中所列五種工況的枕上壓力，以確定最佳的過渡段剛度設(shè)置方式。表中，直接過渡度是指不采取任何措施，相鄰兩軌枕的鋼軌支點(diǎn)剛度直接從 30kN/mm 增加到 40kN/mm 。線性過渡指鋼軌支點(diǎn)剛度以某一數(shù)值逐漸線性增加或減小，如工況 B，從剛度較低一側(cè)開始，一跨軌枕剛度增加 1kN/mm ，逐漸過渡到 40kN/mm ，過渡段長(zhǎng) 6m。分級(jí)過渡是臺(tái)階式的過渡方式，幾跨軌枕采用相同的支點(diǎn)剛度，然后逐漸增加或減小，每級(jí)設(shè)三跨軌枕。表1計(jì)算工況過渡方式直接過渡線性過渡分級(jí)過渡變化值/1kN/mm0.5kN/mm3 級(jí)5 級(jí)工況ABCDE2 過渡方式比較圖 1 至圖

3、6 為各工況下枕上壓力分布， 表 2 為各工況下的最大、 最小枕上壓力值。從圖 2圖 6 和表 2 可看出：若線路鋼軌支點(diǎn)剛度保持為 30kN/mm 不變，枕上壓力將保持在 66.762kN 不變；若線路鋼軌支點(diǎn)剛度保持為 40kN/mm 不變，則枕上壓力保持在 71.81kN 不變。工況A 直接過渡，在一跨軌枕范圍內(nèi)，枕上壓力從63.063kN增大至75.607kN，增幅達(dá) 12.554kN，并且在較大剛度一側(cè)，出現(xiàn)一個(gè)枕上壓力峰，壓力峰的幅值為 3.797kN。工況 A 在剛較小度一側(cè)的最后一個(gè)支承點(diǎn)，枕上壓力最小，這是由于輪載作用在該點(diǎn)時(shí)，有一側(cè)的支點(diǎn)剛度相對(duì)較大，承受了更多的輪載，使該

4、點(diǎn)的位移和輪載均有所減小，對(duì)比圖 7 中的上、下兩圖，位移減小值約 0.123mm。另外，工況 A 在剛度較大一側(cè)起始支承點(diǎn)，枕上壓力最大，這是由于輪載作用在該點(diǎn)，有一側(cè)的支點(diǎn)剛度較小，分擔(dān)的輪載也小，其本身承受的輪載增加，位移也增加，圖 8 顯示位移增加約 0.095mm。對(duì)比工況 B 和工況 C，過渡段相鄰軌枕剛度差從 1kN 減小至 0.5kN 時(shí)，枕上壓力峰的幅值從 0.376kN 減至 0.186kN，表明過渡段剛度變化越小，枕上壓力峰值越小。圖 5 為 3 級(jí)過渡的計(jì)算結(jié)果， 圖示表明，采用分級(jí)過渡的方式， 枕上壓力峰的個(gè)數(shù)與剛度分級(jí)數(shù)相同。工況 D 的壓力峰幅值為 1.384kN

5、，工況 E 為 0.676kN，表明壓力峰的幅值主要取決于相鄰兩級(jí)的剛度差。綜合上述分析，可以得出以下結(jié)論：（1）過渡段兩側(cè)剛度相差較大， 若不采取任何措施直接過渡， 過渡段的枕上壓力將發(fā)生突變，在較小剛度一側(cè)的最后支點(diǎn)上產(chǎn)生最小的枕上壓力，在剛度較大一側(cè)的鋼軌起始支點(diǎn)上產(chǎn)生最大的枕上壓力，致使該點(diǎn)出現(xiàn)一個(gè)枕上壓力峰，其幅值取決于過渡段剛度差的大小。（2）采用線性過渡方式，即從剛度較小一側(cè)，每跨軌枕剛度增大一常量。這種過度方式不僅可以使枕上壓力變化比較平緩，而且可以有效降低較大剛度一側(cè)的枕上壓力峰。（3）采用分級(jí)過渡方式， 將出現(xiàn)與分級(jí)數(shù)相同的枕上壓力峰， 其值大小取決于相鄰兩級(jí)的剛度差，并且

6、剛度差越小，壓力峰越小。（4）雖然線性過渡可以獲得滿意的效果， 但該方式在過渡段的每跨軌枕上的支點(diǎn)剛度都不同，在設(shè)計(jì)扣件系統(tǒng)時(shí)需要將其剛度設(shè)置成很多級(jí)，并且在鋪設(shè)和使用中也極為不方便，因此實(shí)際工程中應(yīng)采用分級(jí)過度方式。（5）根據(jù)工況 E 的計(jì)算結(jié)果，若僅考慮減小枕上壓力峰，過度段可按以下方式設(shè)置：剛度分級(jí)數(shù) N：NK（ ）21過渡段長(zhǎng)度 L ：L3K a1.5 Ka（ ）22式中 K 為過渡段兩側(cè)剛度差； a 為軌枕間距。表 2計(jì)算結(jié)果比較工況ABCDE最大值（ kN ）75.60772.18671.99673.19372.486最小值（ kN ）63.06366.2766.51365.524

7、65.919787674Nk72/力壓 70上 68枕666462102030405060x/m圖2 工況 A計(jì)算結(jié)果737271Nk70/力壓 69上枕 686766102030405060x/m圖3 工況B計(jì)算結(jié)果72Nk/70力壓上枕 6866102030405060x/m圖4 工況C計(jì)算結(jié)果747372N71k/70力壓上 69枕 68676665102030405060x/m圖5工況D計(jì)算結(jié)果737271Nk70/力壓 69上 68枕676665102030405060x/m圖 6工況 E計(jì)算結(jié)果圖 7工況 A 位移比較（較小剛度）圖 8工況 A 位移比較（較大剛度）3 結(jié)論（1）過渡段不采取任何措施直接過渡， 在剛度較大一側(cè)的鋼軌起始支點(diǎn)上產(chǎn)生最大的枕上壓力，致使該點(diǎn)