过渡段刚度变化对枕上压力的影响

1、过渡段刚度变化对枕上压力的影响1 计算模型和参数轨道模型为连续弹性点支承梁模型， 其中钢轨的受力和变形用铁木辛柯梁模拟，轨下基础支承用线性弹簧模拟， 过渡段的钢轨变化通过设置不同的弹簧刚度实现，采用有限单元法求解，并通过 ansys实现，图 1 为计算模型在 ansys中的显示。钢轨为 60kg/m 标准钢轨，弹性模量为2.061011 Pa，泊松比为 0.3。假定线路运营条件为开行 25t 轴重的货物列车，速度为 120km/h，考虑 1.5 倍的动载系数，则作用在轨头的动轮载为 187.5kN。图 1计算模型为了比较过渡段刚度变化对枕上压力的影响， 假定过渡段两侧钢轨的支座刚度分别为 30

2、kN/mm 和 40kN/mm ，分析表中所列五种工况的枕上压力，以确定最佳的过渡段刚度设置方式。表中，直接过渡度是指不采取任何措施，相邻两轨枕的钢轨支点刚度直接从 30kN/mm 增加到 40kN/mm 。线性过渡指钢轨支点刚度以某一数值逐渐线性增加或减小，如工况 B，从刚度较低一侧开始，一跨轨枕刚度增加 1kN/mm ，逐渐过渡到 40kN/mm ，过渡段长 6m。分级过渡是台阶式的过渡方式，几跨轨枕采用相同的支点刚度，然后逐渐增加或减小，每级设三跨轨枕。表1计算工况过渡方式直接过渡线性过渡分级过渡变化值/1kN/mm0.5kN/mm3 级5 级工况ABCDE2 过渡方式比较图 1 至图

3、6 为各工况下枕上压力分布， 表 2 为各工况下的最大、 最小枕上压力值。从图 2图 6 和表 2 可看出：若线路钢轨支点刚度保持为 30kN/mm 不变，枕上压力将保持在 66.762kN 不变；若线路钢轨支点刚度保持为 40kN/mm 不变，则枕上压力保持在 71.81kN 不变。工况A 直接过渡，在一跨轨枕范围内，枕上压力从63.063kN增大至75.607kN，增幅达 12.554kN，并且在较大刚度一侧，出现一个枕上压力峰，压力峰的幅值为 3.797kN。工况 A 在刚较小度一侧的最后一个支承点，枕上压力最小，这是由于轮载作用在该点时，有一侧的支点刚度相对较大，承受了更多的轮载，使该

4、点的位移和轮载均有所减小，对比图 7 中的上、下两图，位移减小值约 0.123mm。另外，工况 A 在刚度较大一侧起始支承点，枕上压力最大，这是由于轮载作用在该点，有一侧的支点刚度较小，分担的轮载也小，其本身承受的轮载增加，位移也增加，图 8 显示位移增加约 0.095mm。对比工况 B 和工况 C，过渡段相邻轨枕刚度差从 1kN 减小至 0.5kN 时，枕上压力峰的幅值从 0.376kN 减至 0.186kN，表明过渡段刚度变化越小，枕上压力峰值越小。图 5 为 3 级过渡的计算结果， 图示表明，采用分级过渡的方式， 枕上压力峰的个数与刚度分级数相同。工况 D 的压力峰幅值为 1.384kN

5、，工况 E 为 0.676kN，表明压力峰的幅值主要取决于相邻两级的刚度差。综合上述分析，可以得出以下结论：（1）过渡段两侧刚度相差较大， 若不采取任何措施直接过渡， 过渡段的枕上压力将发生突变，在较小刚度一侧的最后支点上产生最小的枕上压力，在刚度较大一侧的钢轨起始支点上产生最大的枕上压力，致使该点出现一个枕上压力峰，其幅值取决于过渡段刚度差的大小。（2）采用线性过渡方式，即从刚度较小一侧，每跨轨枕刚度增大一常量。这种过度方式不仅可以使枕上压力变化比较平缓，而且可以有效降低较大刚度一侧的枕上压力峰。（3）采用分级过渡方式， 将出现与分级数相同的枕上压力峰， 其值大小取决于相邻两级的刚度差，并且

6、刚度差越小，压力峰越小。（4）虽然线性过渡可以获得满意的效果， 但该方式在过渡段的每跨轨枕上的支点刚度都不同，在设计扣件系统时需要将其刚度设置成很多级，并且在铺设和使用中也极为不方便，因此实际工程中应采用分级过度方式。（5）根据工况 E 的计算结果，若仅考虑减小枕上压力峰，过度段可按以下方式设置：刚度分级数 N：NK（ ）21过渡段长度 L ：L3K a1.5 Ka（ ）22式中 K 为过渡段两侧刚度差； a 为轨枕间距。表 2计算结果比较工况ABCDE最大值（ kN ）75.60772.18671.99673.19372.486最小值（ kN ）63.06366.2766.51365.524

7、65.919787674Nk72/力压 70上 68枕666462102030405060x/m图2 工况 A计算结果737271Nk70/力压 69上枕 686766102030405060x/m图3 工况B计算结果72Nk/70力压上枕 6866102030405060x/m图4 工况C计算结果747372N71k/70力压上 69枕 68676665102030405060x/m图5工况D计算结果737271Nk70/力压 69上 68枕676665102030405060x/m图 6工况 E计算结果图 7工况 A 位移比较（较小刚度）图 8工况 A 位移比较（较大刚度）3 结论（1）过渡段不采取任何措施直接过渡， 在刚度较大一侧的钢轨起始支点上产生最大的枕上压力，致使该点