温度荷载作用下双块式无砟轨道道床板有限元分析 - 图文(9)

武汉理Ｉ．大学碳ｌ：学位论女圈５．５钢轨模型蚓５６扣件简化（弹簧）模型武汉理工人学硕士学位论文５．２结构材料与荷载工况５．２．１结构材料及属性５．２．１．１钢轨的材料特性钢轨采用ＧＢ６０ＣＨＮ的剖面形式，为了简化计算，本文采用等效的工字钢截面代替，原则上保证在荷载作用下钢轨所产生的应力响应和位移响应一样。本文用ＭＡＴＬＡＢ程序进行拟合，最后得到的结果与ＧＢ６０ＣＨＮ的剖面对比如下：表５．１工字钢等效截面与ＧＢ６０ＣＨＮ剖面对比项目ＧＢ６０ＣＨＮ横断面面积（ｍｍ２）７７４５重心距轨底距离（瑚ｍ）８１．２重心距轨顶距离（棚ｍ）９４．８对水平轴线惯性力矩（ｒａｍ４）３２１７００００对垂直轴线惯性力矩（ｒａｍ４）５２４００００剖面工字钢剖面误差７６８８８２．５９３．５３３２２１９５９５２９８６８８０．７４％１．６０％１．３７％３．２７％１．１２％从结果来看，最大误差只有３．２７％，满足工程要求。依据《混凝土结构设计规范》（ＧＢ５００ｌＯ．２００２）表５．２．２．１、表５．２．３．１，普通钢筋相关力学性能见下表：表５．２普通钢筋强度设计值（Ｎ／ｍｍ２）种类ＨＰＢ２３５抗拉２１０３００３６０抗压２ｌＯ３００３６０热轧钢筋ＨＲＢ３３５ＨＲＢ４００钢轨弹性模量Ｅ＝２．１×１０ｒ。Ｎ／ｍｍ２，密度为７８５０Ｋｇ／ｍ３，泊松比为０．２８．５．２．１．２钢轨扣件的材料特性钢轨扣件采用Ｖｏｓｓｌｏｂ＿３００系统，图５．７显示具有以下刚度的竖向弹簧特性：武汉理工大学硕士学位论文Ｕ（ｍｍ）．１１．Ｏ．１．Ｏ０．０１０．０Ｐ（ＫＮ）．７０．Ｏ－４０．ＯＯ．０４００．ＯＳ∞椭３∞２∞１∞．１ｓ－ｌｏ一。一－ｌ∞Ｉ５ｌＯ１５图５．７竖向弹簧特性图５．８显示具有以下刚度的Ｖｏｓｓｌｏｈ３００钢轨扣件的滑阻力：图５．８横向弹簧特性（滑阻力）３７武汉理工大学硕士学位论文５．２．１．３混凝土道床板的材料特性依据《混凝土结构设计规范》（ＧＢ５００１０－２００２）表５．１．３～表５．１．５，混凝土相关力学性能见下表：表５．３混凝土力学性能力学指标标准值Ｎ／ｒａｍ２混凝土强度等级Ｃ２５１６．７１．７８１１．９１．２７２．８０Ｃ３０２０．１２．０１１４．３１．４３３．ｏｏＣ４０２６．８２．３９１９．１１．７ｌ３．２５Ｃ５０３２．４２．６４２３．１１．８９３．４５Ａ血五五设计值Ｎ／ｍｍ２弹性模量Ｅｃ（ｘ１０４Ｎ／ｍｍ２）本文混凝土道床板强度等级选用Ｃ３０／３７，混凝土弹性模量Ｅ＝２．８３×１０‘Ｎ／ｍｍ２，密度为２．５×１０３ＩＫｇ／ｍ３，Ｘ，Ｙ，Ｚ三个方向配筋率均为２％，钢筋材料选用ＨＰＢ２３５．５．２．１．４垫板的材料特性本文中垫板材料即为中间层材料，如图５．３ｂ所示，其中软质垫板材料弹性模量Ｅ＝３．３２Ｎ／ｍｍ２（ｉ－Ｖ；币ｇ），硬质垫板材料弹性模量Ｅ＝４０．０Ｎ／ｍｍ２（Ｃａｌｅｎｂｅｒｇ或等效物）。５．２．１．５轨枕的材料特性本文中轨枕用钢板代替，其采用ＨＰＢ２３５型钢，弹性模量Ｅ－－２．１×１０５Ｎ／ｒａｍ２．密度为７８５０Ｋｇ／ｍ３，泊松比为Ｏ．２８．５．２．１．６桥台的材料特性本文中将桥台考虑为刚度无限大的材料，弹性模量取为Ｅ－２．１×１０９’Ｎ／ｍｍ２。５．２．２荷载工况５．２．２．１静荷载１３７１本文中武广客运专线无砟轨道分析所采用的静荷载如下：混凝土自重：２５．０ＫＮ／ｍ３钢轨自重：７８５０ＫＮ／ｍ３３８武汉理工大学硕士学位论文在计算过程中重力加速度取为９．８州ｓ２５…２２２列车荷载由于是客运专线，所以容许按照ＺＫ荷载模型的８０％取值，与之不同，本文计算采用ＺＫ全部荷载模型，计算结果特别安全。２５０ｋＮ２５０ｋＮ２５０ｋＮ２５０ｋＮ图５．９荷载模型由于无砟轨道长度为６４００ｒａｍ，只考虑４ｘ２５０ＫＮ轴荷重。取决于温度状况，不是采用全部的轴荷重。５．２．２．３温度荷载道床板中最大的线性温度梯度：酿喊．５Ｋ／ｃｍ本文计算的无砟轨道中道床板高３６．６ｃｍ，有ＡＴ＝３６．６ｘ０．５＝１８．３Ｋ。５．２．２．４动力影响系数和曲线影响系数必须考虑以下的动力影响系数：由轨道和／或钢轨缺陷所产生的任何动力响应０１＝１．５对于曲线（Ｉｈ轨／外轨）的荷载分布０２＝１．５因为桥梁只位于直线轨道匕，不会出现曲线的荷载分布，不采用影响系数０２。５．３求解方法目前求解非线性方程组的方法众多，如Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法，直接迭代法。考虑到精度需求，本文无砟轨道的有限元分析采用的求解方法是Ｎｅｗｔｏｎ．Ｒａｐｈｓｏｎ法。３９